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

展示单个绿色光子分裂为两个红色光子的过程(guòchéng)（示意图(shìyìtú)）。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(bǎochí)守恒。这项突破性研究首次在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(chéngguǒ)发表于新一期《物理评论(pínglùn)快报(kuàibào)》杂志。

守恒定律是自然科学的基石，它(tā)界定了物理过程中“可行”与(yǔ)“禁行”的边界。就像台球碰撞时，运动线性动量(dòngliàng)会在球体间传递，旋转物体则遵循角动量守恒定律。光同样(tóngyàng)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(guāngzi)都携带明确的轨道角动量。根据(gēnjù)守恒定律(shǒuhéngdìnglǜ)，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的光子分裂后，两个新生光子的轨道角动量之和必须归零。这意味着若其中(qízhōng)一个(yígè)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(shíyàn)已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(tànjiū)了单个光子裂变为(wèi)光子对时，轨道角动量守恒是否依然成立。实验最终证实，这一定律在量子极限条件(tiáojiàn)下依然有效。

实验面临一个巨大技术挑战——每十亿个光子(guāngzi)中仅有一个会分裂(fēnliè)，找到它无异于(wúyìyú)大海捞针(dàhǎilāozhēn)。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(guāngzi)对的(de)量子纠缠现象。这表明该技术(jìshù)有望拓展至更复杂量子态的制备，实现光子间的空间、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(jiàzhí)，他们计划提升系统效率，优化测量方案(fāngàn)，并探索多光子量子态(liàngzǐtài)在基础研究和量子通信网络中的应用前景。（记者刘霞）