（来源：上观新闻）
量子纠缠被称为“幽灵般的超距作用”，如今，它帮助科学家将看不见的粒子信息转化为可计算的数值从而填补实验物理的空白。
北京时间2026年9月2日复旦大学现代物理研究所罗涛团队与合作者以“Exploring baryon semileptonic decays through polarization and entanglement”为题在《自然》（Nature）发表研究成果，该成果首次在对撞机实验中利用量子纠缠与极化信息提取了卡比博—小林—益川（CKM）矩阵元|Vus|，这为精确检验标准模型开辟了一条全新路径。
这一突破性成果不仅验证了量子纠缠在高能物理实验中的关键作用，更展示了极化测量在精确检验方面的巨大潜力。该方法已拓展至北京谱仪III（BESIII），后续其他重子研究将有望为下一代大科学装置发展提供重要方法论支撑。
01 借助量子纠缠，为精确检验标准模型开辟新路径
标准模型是粒子物理学中描述强力、弱力、电磁力三种基本力及所有基本粒子的核心理论。在弱相互作用下，不同“味”的夸克可以发生转变，物理学家用3×3的CKM矩阵描述不同夸克间的转变强度，矩阵参数需满足严格的幺正性关系。
CKM矩阵中的|Vus|对应奇异夸克向上夸克的转变，其数值精度直接关系到标准模型的检验可信度。当前不同衰变过程测得的|Vus|存在差异，迫切需要更多独立的测量途径，排除实验方法与理论计算的潜在偏差。
Λ超子的β衰变是理想的测量途径。Λ超子由上、下、奇异夸克各一个组成，衰变时奇异夸克转变为上夸克，同时产生电子和反中微子，衰变概率与|Vus|、描述Λ内部结构的形状因子密切相关。
但反中微子无法被探测器捕捉，会带走关键能量与动量；仅观察Λ超子单侧衰变，难以分辨混杂的物理效应。三十多年前美国费米实验室曾完成该领域最精确测量，此后长期缺乏新的高精度实验进展。
“BESIII实验里，Λ和反Λ是成对产生的，而且它们的自旋状态存在量子纠缠。我们通过探测反Λ衰变成两个可以看见的粒子，反推出反Λ的信息，再通过量子纠缠关系，间接拿到Λ的产生信息，那些‘看不见的’就被我们算出来了。”罗涛介绍。
罗涛团队历时六年半攻关，首次将量子纠缠和极化信息引入研究，开发出联合角分布多变量拟合方法。他们将Λ与反Λ的产生、极化、量子纠缠和两侧衰变作为完整过程分析，利用能量动量守恒反推无法观测的反中微子行踪，结合“看得见”与“看不见”的两方面信息，厘清了原本模糊的物理图像。
02 二十分之一的样本量，
如何达到同等精度？
引入量子纠缠和极化测量方法后，团队初步攻克了衰变过程的测量难题，但实验中面临统计量严重不足的挑战。
β衰变
由于Λ超子β衰变的发生概率极低，团队在100亿个J/ψ衰变事例中，最终仅筛选出1854个信号事例，信号样本仅为美国费米国家实验室早期实验的二十分之一。
北京谱仪III（BESIII）的天然优势为团队提供了解题思路：它通过J/ψ衰变同时产生自旋纠缠的Λ和反Λ，测量前两个粒子都没有独立确定的状态，反Λ一侧的衰变方向既能用于事例确认，也能为Λ一侧的初始自旋提供约束。
Λ粒子β衰变示意图：Λ粒子通过一个虚W⁻玻色子衰变为质子、电子和电子反中微子。饼图展示了参与该跃迁过程的主导矢量与轴矢量形状因子的相对大小
团队决定将反Λ一侧“浪费”的纠缠信息回收，用于辅助Λβ衰变的测量。过去仅依赖β衰变本身的信息，新方法联合正反两侧衰变方向，让单侧容易混淆的衰变结构在联合角分布中呈现不同特征，更易于区分。
研究经历了漫长的数据准备阶段。BESIII实验数据以原始电信号形式存储，团队花费约一年完成数据采集与重建处理，将电信号转化为粒子动量、能量等可分析信息，再用七八个月从100亿个对撞事例中筛选出有效信号。
|Vus|相关结果：（左图）展示了第一行CKM幺正性约束，以及分别由K介子衰变和τ轻子衰变测得的平均值，两个超子衰变结果则取自Cabibbo的工作（右图）给出了以方差形式表示的本次|Vus|测量不确定度的各个贡献来源。
最终，这项历时六年半的攻关取得扎实成果：信号样本仅为费米实验室的二十分之一，但关键物理量的测量精度与之相当，同时首次测得了Λ超子β衰变的绝对分支比、弱电耦合参数以及反Λ的多个衰变参数，填补了领域内多项实验空白。
03 “让已有数据焕发新生”
研究超子β衰变是罗涛课题组的主要研究方向之一，自2019年至今，团队已在这一领域深耕近七年。本项成果的意义远不止获得新的实验数值，更在于证明量子纠缠和极化分析能够转化为重子β衰变中的实际测量信息。
从2021年初步发表成果到今年顶刊突破，罗涛团队在超子β衰变领域不断求索。下一步，团队将继续深挖这一方向，研究更多超子的β衰变，同时扩展新的物理方向，探索粒子物理领域的更前沿。
罗涛团队合影
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10818-8
