ALICE 测量竟现类似双缝实验的干涉图案

在著名的双缝实验里，当一束光射向两条窄缝时，就会出现由暗带与亮带构成的干涉图案。

同样的效果在电子、质子等粒子上也能被看到，这证明了量子力学中传播粒子具有波动性。

通常来讲，这类实验会于纳米尺度上产生干涉图案。

在最近发布于 arXiv 预印本服务器的一项研究里，ALICE 合作组借助大型强子对撞机（LHC）中铅核之间的超周边碰撞，在飞米尺度上测量出了类似的干涉图案。

在两个重核的超周边碰撞过程中，核彼此靠近，但是并不碰撞。

在这里，两个核之间的垂直距离，也就是碰撞参数，大于它们半径的总和，而且一个核发射出一个光子，这个光子转化成了一个由夸克及其反物质伙伴组成的虚拟对。

这一对粒子与另一个原子核强烈相互作用，导致一种称为矢量介子的粒子发射，并且产生了两个胶子的交换（见上图）。这种矢量介子的产生是探测碰撞原子核内部结构的一种成熟手段。

在涉及诸如两个铅核之类的对称系统的矢量介子产生过程中，无法确定是哪个原子核发射了光子，又是哪个原子核发射了两个胶子。此外，由于虚夸克 - 反夸克对和原子核之间的强力作用范围较短，矢量介子在两个分离情况良好的原子核中的一个内或其附近产生。

鉴于此以及它们相对较短的存续期，矢量介子会相当迅速地衰变为其他粒子。这些衰变产物形成了一种量子力学的纠缠态，并产生了类似于双缝干涉仪的干涉图样。

在电中性的 ρ 矢量介子（ρ0）的光生成过程中，这是 ALICE 合作组近期研究的主题，干涉图样呈现为 ρ0产额的 cos(2φ)调制形式，其中 φ 是由 ρ0衰变成的两个带相反电荷的π介子的横向动量之和与差所形成的两个矢量之间的夹角。预计调制的强度会随着碰撞参数的减小而增大。

利用大型强子对撞机第二次运行期间，在每对核子（质子和中子）能量达 5.02 太电子伏特的铅 - 铅碰撞中所产生的 57,000 个 ρ0介子的数据集，ALICE 团队测量了不同碰撞参数值下 ρ0产额的 cos(2φ) 调制。

测量结果显示，调制的强度随碰撞参数发生强烈变化，其数值约为飞米量级（见下图）。理论计算表明，这种行为的确是飞米尺度上量子干涉效应导致的结果。

在大型强子对撞机正在进行的第三次运行（Run 3）以及下一次运行（Run 4）中，ALICE 预计将从铅-铅碰撞中收集超过 1500 万的 ρ0介子。