量子尺度守恒定律获验证

原标题：量子(liàngzǐ)尺度守恒定律获验证

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

来自(láizì)芬兰坦佩雷大学及德国、印度的科学家通过实验证实：当(dāng)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(zài)量子尺度验证了物理学核心要义之一——守恒定律，为开发应用于计算(jìsuàn)、通信和传感领域的复杂量子态提供了全新思路。相关成果发表于新一期《物理评论快报》杂志(zázhì)。

守恒定律(shǒuhéngdìnglǜ)是(shì)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，运动线性动量会在球体间传递，旋转(xuánzhuǎn)物体则遵循角动量守恒定律。光(guāng)同样具有角动量特性，特别是与光的空间结构相关的轨道角动量。

在量子世界，每个光子都携带明确的(de)轨道角动量。根据守恒定律，这种(zhèzhǒng)特性在光与物质(wùzhì)相互作用时必须守恒，即初始轨道角动量为零的光子分裂后，两个新生光子的轨道角动量之和必须归零(guīlíng)。这意味着若其中(qízhōng)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多次验证(yànzhèng)角动量守恒定律，但针对单个光子的验证尚属首次。

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

实验面临(miànlín)一个巨大技术挑战——每十亿个光子中仅有(yǒu)一个会分裂，找到它无异于大海捞针。研究(yánjiū)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，最终捕捉到足以证实光的角动量守恒定律的关键(guānjiàn)数据。

除验证守恒定律外，研究团队还首次观测到光子对的量子纠缠现象(xiànxiàng)。这表明该技术有望拓展至更复杂量子态的制备(zhìbèi)，实现光子间的空间、时间(shíjiān)、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，他们计划提升系统效率，优化测量方案，并探索多光子量子态(liàngzǐtài)在(zài)基础研究和量子通信网络中的应用前景(qiánjǐng)。（记者刘霞）