量子尺度守恒定律获验证

原标题：量子尺度守恒定律(shǒuhéngdìnglǜ)获验证

展示单个绿色光子(guāngzi)分裂为两个(liǎnggè)红色光子的过程（示意图）。图片来源：芬兰坦佩雷大学

来自芬兰坦佩雷大学及德国、印度的科学家通过实验证实：当单个光子“分裂”为一对光子时，其轨道角动量保持守恒。这项突破性研究首次在量子尺度验证了物理(wùlǐ)学核心要义之一——守恒定律，为开发应用于计算(jìsuàn)、通信和传感领域的复杂(fùzá)量子态提供了全新(quánxīn)思路。相关成果发表于新一期《物理评论快报(kuàibào)》杂志。

守恒定律是自然科学的基石，它界定了物理过程中“可行”与“禁行”的边界。就像台球碰撞时(shí)，运动线性动量会在球体间传递，旋转(xuánzhuǎn)物体则遵循(zūnxún)角动量守恒定律。光同样具有角动量特性，特别是与光的空间结构相关(xiāngguān)的轨道角动量。

在(zài)量子世界，每个光子都携带明确的轨道角动量。根据守恒定律，这种特性在光与物质相互作用时必须守恒，即初始轨道角动量为零(líng)的光子分裂(fēnliè)后，两个新生光子的轨道角动量之和(hé)必须归零。这意味着若(ruò)其中一个光子具有特定轨道角动量，其伴生光子必然呈现相反量值。虽然传统激光实验已(yǐ)多次验证角动量守恒定律，但针对单个光子的验证尚属首次。

研究团队创新性地探究了单个光子裂变为光子对时，轨道角动量守恒是否依然(yīrán)成立。实验最终证实，这一定律在量子极限(jíxiàn)条件(tiáojiàn)下依然有效。

实验(shíyàn)面临一个(yígè)巨大技术挑战——每(měi)十亿个光子中仅有一个会分裂，找到它无异于大海捞针。研究团队凭借超稳定光学装置、极低背景噪声、高效探测系统以及持之以恒的观测，最终捕捉到足以(zúyǐ)证实光的角动量守恒定律的关键数据。

除验证守恒定律外，研究团队还首次观测到光子对的(de)量子纠缠现象(xiànxiàng)。这表明该技术有望拓展至更复杂量子态的制备，实现光子间的空间(kōngjiān)、时间、偏振等多维度的全面纠缠。

研究团队强调，这项成果具有理论价值，他们(tāmen)计划提升系统效率，优化测量方案，并(bìng)探索多光子量子态在基础研究和量子通信网络中(zhōng)的应用前景。（记者刘霞）