量子尺度守恒定律获验证

原标题(biāotí)：量子尺度守恒定律获验证

展示单个绿色光子分裂为(wèi)两个红色光子的(de)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(le)物理学核心要义之一——守恒定律，为开发应用于计算、通信和传感领域(lǐngyù)的复杂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(pínglùn)快报(kuàibào)》杂志。

守恒定律是(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(jiān)传递，旋转物体则遵循角动量守恒定律。光同样具有角动量特性，特别(tèbié)是与光的空间结构(kōngjiānjiégòu)相关的轨道角动量。

在量子世界，每个(měigè)光子都携带明确的轨道(guǐdào)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的光子分裂后，两个(liǎnggè)新生光子的轨道角动量之和必须归零。这意味着若其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(shíyàn)已多次验证角动量守恒定律，但针对(zhēnduì)单个光子的验证尚属首次。

研究团队创新性(chuàngxīnxìng)地探究(tànjiū)了单个光子裂变为光子对时，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(shíyì)个光子中仅有一个会分裂，找到它(tā)无异于大海捞针。研究团队凭借超稳定光学装置(zhuāngzhì)、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(guāncè)到光子对的(de)量子纠缠现象。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、偏振等多维度的全面纠缠。

研究团队(tuánduì)强调，这项成果具有理论价值，他们计划(jìhuà)提升(tíshēng)系统效率，优化测量方案，并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）