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浙江大学物理学系在胶子自旋干涉研究中取得进展

编辑: 时间:2021年03月19日 访问次数:0

       近日,浙江大学物理学系浙江近代物理中心朱华星研究组发现了一类胶子自旋诱导的双缝干涉现象,并指出大型强子对撞机(LHC)上的三点能量关联函数是检验这一现象的手段。相关工作于2021317日在Physical Review Letters上发表。论文第一作者是浙江大学博士研究生陈豪,合作者还包括SLAC国家加速器实验室博士后Ian Moult

 

      双缝干涉是物理学史上最著名的实验之一,证实了光和物质的波粒二象性。传统的双缝干涉实验里,由于两个空间分离的缝的存在,相干的经典波或量子波函数经历了不同的路径,从而在到达观测屏时形成了相位差,进而导致可观测的干涉条纹(左图)。

 

      该论文研究胶子的量子干涉现象。胶子是强核相互作用的力传递子,其许多性质与光子类似。但由于色禁闭现象,胶子自由度只出现在极小时空尺度下(<10-16米),而实验上无法在如此小的尺度上制备空间分离的双缝。本文的核心思想在于利用胶子的自旋自由度实现干涉。自旋是量子粒子的内禀属性,与时空尺度无关。在自旋空间里,胶子的波函数分裂成左旋波函数和右旋波函数,对应了自旋空间里波函数所经历的不同路径。在到达探测器时,自旋空间中不同路径的波函数形成相位差,从而在垂直于波传播方向的探测器阵列上形成角向干涉条纹(右图)。此外,观测到的干涉条纹数目与干涉粒子的自旋相关。由于胶子是自旋为1的粒子,实验上将观测到两条亮条纹。对于更高自旋粒子,如引力子,实验上将观测到更多的干涉条纹。因此这个实验能够直接测量胶子的自旋大小,将有助于探索胶子的量子性质。


 

      为了从理论上研究这一类现象,该研究发展了强核力中的光线算符乘积展开技术。角向干涉条纹的出现可以追溯到胶子场强张量平方算符(SU(3)纤维丛上的曲率)的一类特殊横极化投影。通过重整化群技术,可以求得大对数极限下干涉条纹的微扰论所有阶结果。同时,借助光线算符语言,四维时空的洛伦兹变换群作用在探测器球面上等价于二维球面上的共形变换。因此,本文搭建了联系高能对撞机上的强核力研究与共形场论之间的桥梁。

 

      该论文第一作者陈豪本科毕业于浙江大学求是科学班(物理),其后在朱华星研究组内攻读博士学位,对本文的完成做出了重要贡献。本研究获得国家自然科学基金面上项目和美国能源部基金的资助。朱华星研究员对香港求是科技基金会的资助表示特别感谢。

 

论文链接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.126.112003