量子尺度守恒定律获验证

原标题：量子尺度守恒定律获验证(yànzhèng)

展示(zhǎnshì)单个绿色光子分裂为两个红色光子的过程（示意图）。图片来源(láiyuán)：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(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(tūpòxìng)研究首次在量子尺度验证了物理学核心(héxīn)要义之一——守恒定律，为开发应用于计算、通信(tōngxìn)和传感领域的复杂量子态(liàngzǐtài)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。

守恒定律是自然科学(zìránkēxué)的基石，它界定了物理过程(guòchéng)中“可行”与“禁行”的边界。就像(xiàng)台球碰撞时，运动(yùndòng)线性动量会在球体间传递，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(míngquè)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守恒，即初始(chūshǐ)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(ruò)其中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(suīrán)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(shàngshǔ)首次(shǒucì)。

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

实验面临一个(yígè)巨大(jùdà)技术挑战——每十亿个光子中仅有一个会分裂，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、高效探测系统以及持之以恒的(de)(de)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(chú)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(jiūchán)现象(xiànxiàng)。这表明该技术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，他们计划提升系统效率，优化测量(cèliáng)方案，并探索多光子量子态在基础(jīchǔ)研究和量子通信网络中的应用前景。（记者刘霞(liúxiá)）