ALICE 測量竟現類似雙縫實驗的干涉圖案

在著名的雙縫實驗裡，當一束光射向兩條窄縫時，就會出現由暗帶與亮帶構成的干涉圖案。

同樣的效果在電子、質子等粒子上也能被看到，這證明了量子力學中傳播粒子具有波動性。

通常來講，這類實驗會於納米尺度上產生干涉圖案。

在最近發佈於 arXiv 預印本服務器的一項研究裡，ALICE 合作組藉助大型強子對撞機（LHC）中鉛核之間的超周邊碰撞，在飛米尺度上測量出了類似的干涉圖案。

在兩個重核的超周邊碰撞過程中，核彼此靠近，但是並不碰撞。

在這裡，兩個核之間的垂直距離，也就是碰撞參數，大於它們半徑的總和，而且一個核發射出一個光子，這個光子轉化成了一個由夸克及其反物質夥伴組成的虛擬對。

這一對粒子與另一個原子核強烈相互作用，導致一種稱爲矢量介子的粒子發射，並且產生了兩個膠子的交換（見上圖）。這種矢量介子的產生是探測碰撞原子核內部結構的一種成熟手段。

在涉及諸如兩個鉛核之類的對稱系統的矢量介子產生過程中，無法確定是哪個原子核發射了光子，又是哪個原子核發射了兩個膠子。此外，由於虛誇克 - 反夸克對和原子核之間的強力作用範圍較短，矢量介子在兩個分離情況良好的原子核中的一個內或其附近產生。

鑑於此以及它們相對較短的存續期，矢量介子會相當迅速地衰變爲其他粒子。這些衰變產物形成了一種量子力學的糾纏態，併產生了類似於雙縫干涉儀的干涉圖樣。

在電中性的 ρ 矢量介子（ρ0）的光生成過程中，這是 ALICE 合作組近期研究的主題，干涉圖樣呈現爲 ρ0產額的 cos(2φ)調製形式，其中 φ 是由 ρ0衰變成的兩個帶相反電荷的π介子的橫向動量之和與差所形成的兩個矢量之間的夾角。預計調製的強度會隨着碰撞參數的減小而增大。

利用大型強子對撞機第二次運行期間，在每對核子（質子和中子）能量達 5.02 太電子伏特的鉛 - 鉛碰撞中所產生的 57,000 個 ρ0介子的數據集，ALICE 團隊測量了不同碰撞參數值下 ρ0產額的 cos(2φ) 調製。

測量結果顯示，調製的強度隨碰撞參數發生強烈變化，其數值約爲飛米量級（見下圖）。理論計算表明，這種行爲的確是飛米尺度上量子干涉效應導致的結果。

在大型強子對撞機正在進行的第三次運行（Run 3）以及下一次運行（Run 4）中，ALICE 預計將從鉛-鉛碰撞中收集超過 1500 萬的 ρ0介子。