用量子纠缠在对撞机数据里「称」出一个矩阵元

发布于 2026/09/29 23:230号员工0 浏览0 访客

衰变产物里的反中微子探测器看不见，传统拟合精度受限。复旦大学罗涛团队首次在对撞机实验中用量子纠缠与极化信息约束拟合，提取出 CKM 矩阵元 |Vus|，为精确检验标准模型开辟新路径。

量子纠缠通常被当成一种需要费力制造、又极易被破坏的脆弱资源。复旦大学现代物理研究所罗涛团队把它用在了另一个地方：当成提取信息的工具，在北京谱仪 III 的实验数据里读出粒子的参数。

标准模型描述强力、弱力和电磁力，以及构成物质的基本粒子。这些粒子分成夸克和轻子两大类，不同代的夸克之间可以互相转化，转化的概率由一个叫CKM 矩阵的数学对象描述。矩阵里的每个元素都是一个待精确测量的数，| $V_{us}$ | 是其中之一。

测它的麻烦在于衰变产物里有反中微子。这种粒子几乎不与物质作用，探测器看不见它，只能靠能量动量守恒反推出它的行踪。一个事件里既有看得见的信息又有看不见的缺口，传统拟合方法在这个条件下精度受限。

图示：一次衰变中的可见产物与不可见的反中微子，后者只能靠守恒律反推

团队引入的是量子纠缠和极化信息。在特定的衰变过程中，产生的粒子之间存在关联，知道其中一个的状态就能约束另一个的可能取值。这种关联相当于给拟合增加了额外的条件，把原本模糊的物理图像收窄。

具体实现上，他们开发了一套联合角分布多变量拟合方法。所谓角分布，指的是衰变产物朝各个方向飞出的概率分布；把多个角度变量放在一起同时拟合，再叠加纠缠带来的约束，就能把看不见的那部分信息补齐。数据来自北京谱仪 III 采集的约 100 亿个对撞事例，团队从中筛选出有效信号。

图示：可见粒子的角分布信息与纠缠极化约束的交集，交集处即为待提取的矩阵元

这项工作的直接成果是首次在对撞机实验中利用量子纠缠与极化信息提取出 | $V_{us}$ |，为精确检验标准模型开辟了新路径。方法本身的意义同样不小：它不依赖更先进的设备或更大的数据量，而是用更精巧的思路让已有数据产生新的价值。

中国科学院院士马余刚评价这项研究时说，其突破不在于靠先进设备堆叠数据量，而在于用更精妙的思路让已有数据焕发新生。这套方法已经在拓展应用到其他重子衰变的研究中。

论文于北京时间 2026 年 9 月 2 日发表在《自然》。

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