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(de)过程（示意图）。图片来源：芬兰(fēnlán)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(tōngguò)实验证实：当单个光子“分裂(fēnliè)”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学核心要义之一——守恒定律，为开发应用于(yú)计算、通信和传感领域的复杂(fùzá)量子态提供了全新思路。相关成果发表(fābiǎo)于新一期《物理评论快报》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(kěxíng)”与“禁行(jìnxíng)”的边界。就像台球碰撞时，运动线性动量会在球体间传递，旋转物体则遵循(zūnxún)角动量(jiǎodòngliàng)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的轨道角动量。

在量子世界，每个光(guāng)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(bìxū)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(hé)必须归零。这意味着(yìwèizhe)若其(qí)中一个光子具有特定(tèdìng)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(le)单个光子裂变为光子对时，轨道角动量(jiǎodòngliàng)守恒是否依然成立。实验最终证实(zhèngshí)，这一定律在量子极限条件下依然有效。

实验面临一个(yígè)巨大技术挑战——每十亿个光子中仅有一个会分裂(fēnliè)，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(bèijǐngzàoshēng)、高效探测系统以及持之以恒(chízhīyǐhéng)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(yànzhèng)守恒定律外，研究团队还首次观测到(dào)光子对的量子纠缠现象。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(zhèxiàng)成果具有理论价值，他们计划提升系统效率，优化测量(cèliáng)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的应用前景。（记者刘霞）