突破！物理学家成功实现两原子的量子纠缠

近百年来，量子力学与广义相对论的不相容，始终是物理学头顶的核心乌云。

前者精准描述微观粒子的反直觉量子行为，后者完美解释宏观宇宙的引力规律，但两者却始终无法在同一物理框架内兼容。

2026年2月发表在《自然·通讯》的突破性实验，终于为衔接这两大基础理论开辟了全新的途径：

澳大利亚国立大学团队首次在超冷氦原子的运动状态中，观测到了验证量子非局域性所需的贝尔关联，让爱因斯坦口中的幽灵般的超距作用，首次在有静质量粒子的运动维度完成了核心实验验证。

贝尔不等式是检验量子纠缠与非局域性的核心标尺。

简单来说，它能清晰区分两种关联：一种是经典世界里粒子“提前约定好的默契”，两个粒子分开之前就定好了各自的属性，之后不管距离多远，看起来的联动只是在按之前的约定进行，也就是局域隐变量理论能解释的关联；

另一种是量子世界里“跨越空间的瞬时影响”，两个粒子分开后，哪怕隔了十万八千里，只要测量其中一个，另一个则会瞬间跟着变动，这就是量子纠缠带来的突破空间限制的联动，也就是量子纠缠带来的非局域关联。

过去数十年，科学家已在光子偏振、原子内部自旋等内部自由度上，都多次验证了量子纠缠的切实存在。

但这些实验始终未能触及具有静质量粒子的运动状态，而这一状态，恰恰是连接量子力学与引力的关键桥梁。

引力的作用对象是所有物质，但只有拥有静止质量的物体，才能用来做量子力学和引力融合的核心实验。

粒子的运动状态（也就是动量和它的质量、运动速度直接相关）是引力能和量子世界产生耦合的独特核心载体。

光子没有静止质量，就算能实现动量上的纠缠，也无法完成检验量子引力理论的关键实验。

而原子内部的自旋状态与引力场几乎不会产生可观测的相互作用，只有在有静止质量的粒子的运动状态上实现稳定的量子纠缠，我们才能在实验室里，直接观测引力和量子世界的相互作用，从而去检验那些目前还只停留在理论层面的量子引力模型。

为了完成这个实验，研究团队选了处于亚稳态（一种能稳定存在极长时间的特殊激发态）的氦-4原子作为实验对象。

这种原子的亚稳态寿命远长于实验全程的时长，内部还带着约19.8电子伏特的能量，当这些原子撞到探测器上时，能够产生清晰可辨的信号，从而让研究人员能够精准追踪到每一个原子的三维运动状态。

同时，研究团队用精准的激光脉冲，把原子调整到不受外界杂散磁场干扰的状态，避免了磁场打乱原子的运动轨迹，为实验扫清了最核心的干扰障碍。

实验的第一步，是把氦原子冷却到极致低温，只比宇宙最低温绝对零度高不到百万分之一摄氏度，让它们形成一种叫玻色-爱因斯坦凝聚态的特殊状态。

在这种状态下，原子不再是各自乱跑的粒子，而是变成了一个步调完全一致的量子整体，研究人员能精准控制它们的每一点运动变化。

接下来，研究团队先用激光给这个原子整体一个初始的运动速度，再用两束垂直交叉的激光，把这团原子精准分成三股，三股原子的运动速度、方向都严格可控。

相邻的两股原子团会相互碰撞，碰撞过程中会有成对的原子被弹开，而且每一对原子都会朝着完全相反的方向飞出去，最终在运动轨迹的统计上，形成了两个像球壳一样的散射晕。

研究团队把实验控制在极低的原子散射密度下，平均每个散射模式里的原子数仅约0.035，也就是单次实验里几乎只会产生一对符合要求的散射原子，最大程度避免了多对原子的干扰。

根据动量守恒定律，这对朝相反方向飞出的原子，天然就形成了动量上的量子纠缠态，在低原子数的条件下，完全符合实验需要的标准量子纠缠态要求。

为了证明这些成对的原子真的存在量子纠缠的幽灵般超距作用，研究团队搭建了一套专门给原子用的Rarity-Tapster干涉仪，这也是这套方法第一次成功用在原子动量纠缠的量子非局域特性验证上。

他们用激光脉冲给原子当反射镜和分光镜，为成对原子的运动路径施加精准可控的全局相位调整，而后，再用高精度的探测器，记录下不同调整条件下，成对原子被同时探测到的概率。

经过超过3.5万次的重复实验，数据清晰显示：成对原子的关联信号和量子力学理论预言的变化规律完全吻合，贝尔关联函数的拟合振幅达到0.86，最终观测到了3.9倍标准偏差的量子导引不等式突破。

这个结果意味着，这些原子之间的关联，无法用一大类符合经典直觉的局域物理规则来解释，实打实证明了原子在运动状态上，确实存在量子纠缠和跨越空间的非局域量子特性。

这项成果是冷原子物理领域二十年磨一剑的突破，团队通过升级探测器量子效率、锁定激光频率、收窄探测窗口等一系列技术升级，终于突破了此前无法观测有效多粒子干涉的瓶颈。

而它的价值远不止验证量子力学的预言：接下来团队将实现干涉臂的独立相位控制，结合更大的类空间隔，完成更严格的无漏洞CHSH贝尔不等式检验。

更关键的是，他们将尝试让氦-3和氦-4这两种质量不同的氦同位素产生动量纠缠，用这种前所未有的量子态，检验广义相对论的基石--弱等效原理在量子世界是否依然成立。

终于，我们把量子纠缠的实验边界，拓展到了有质量粒子的运动维度。