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我的核物理量子纠缠态物质制备实验及其应用预期

已有 8023 次阅读 2016-3-31 04:25 |系统分类:科研笔记| 量子, 纠缠, 核物理, 保密通讯, isomer

科学网炙手可热的黄小邪同学,妙趣横生的近作提到:

饶毅之问:物理学还有不是玄学的一部分?

饶同学:除了量子可以纠缠,原子、分子能不能纠缠?

潘老师:原子、分子都可以纠缠。

饶同学:那晶体材料、眼镜片呢?

潘老师:对,都可以。

饶同学:摄像机呢?

潘老师:对,也可以。

我最近以实验的方式背书潘老师的这番话的客观性。

但实物的量子纠缠,远不是潘饶对话那么轻松、那么夸张就能实现的,尽管人类可用妇女生产双胞胎生命的简单方法类比。

量子纠缠技术既可以在光子电子等轻子层面制备和应用,也可在单核子或重原子核等重子层面实现。

基于量子纠缠的京沪保密通信干线即将规划建设,学术界围绕该技术是否靠谱的问题,当下正争论得热火朝天。该领域的大咖非潘院士莫属。他虽成功将多光子量子纠缠态玩得炉火纯青,然而重子纠缠应用尚未入其法眼。

那么重子纠缠的新天地是啥样的图景呢?

事实上,很多实验物理学家已经证实:只要纠缠的光子与物质粒子发生核反应,就能将光子的纠缠性,转移到实物粒子。

在原子层级制备多光子纠缠,其难度远大于在核反应层级,因为电子在Rydberg多层级跃迁的分段控制,因速度极快(阿秒级)而难以精确定位:假设氢原子电子初态处于4s轨道,由4s直奔1s终态的可能性,呈指数级远高于4s->3s->2s->1s逐级跃迁—前者得单光子,而后者可得3纠缠光子。

这就是为何潘院士要费9牛2虎之力,才能成功制备纠缠的6光子!

而在核反应的受激伽玛γ衰变,由于核的转动惯量大,导致衰变时间毫秒、微秒、纳秒、皮秒级别的案例比比皆是,轻松可以得到相互纠缠的级联发射多光子。

挑选有纳秒级左右衰变时间的核素并不难,这类核素的受激状态的存在通常称为Isomer态,即同质异能态。

自然界最牛的Isomer原子核要算钽Ta-180m,其77.2KeV/9-的激发态半命时间竟达到逆天的7.1*1015年,基态则8.152小时就会“早泄”成铪Hf-180(86%几率电子捕捉)或钨W-180(%14几率β-)。当然我的实验不会选它,光阴似箭,咱等不起啊!

就选我在油田测井时经常用到的放射性同位素钴Co-60开始实验吧。其单核β衰变99.9%的概率,依次放射2枚能量1MeV以上的纠缠光子。

从下面的贝塔能级衰变纲图,就能定位2个纠缠的光子能量为:1173KeV、1332KeV。

 


再选一个能接受此纠缠光子,并能成功激发到一个较长停留时间的核素,主要方便观察记录。

In-115是个不错的候选元素,其336KeV的Isomer激发态In115m半命为268分钟,且激发能量合理地低于Co-60纠缠光子,时间裕度足够从容调整仪器以对比观察纠缠效应。下图为其前两级能级纲图,为突出isomer态,更高能级省略之:

 

对比组:

用非纠缠的核反应Sn118 + H1 -> He4 + In115m,即用5MeV以上的质子束流轰击锡118箔片即可,加速器用二手海淘的10MeV以下桌面小型加速器,高大上贵的就免了。

其它器材:HPGE高能伽玛锗计数器、多通道I/O数据采集分析软件包、铅砖等等。

本实验产生的放射性高能光子以及快电子(β粒子),对生物组织有致癌伤害作用,那些打算重复该实验的人士,一定要倍加注意安全防护!

实验发现:

非纠缠的对比组,In-115m的测量半命与官方数据268分钟基本吻合;而纠缠光子激活的测量半命为249分钟,比非纠缠短命19分钟!

实验解释:

之所以纠缠激活的铟核短命,是因为Co-60发出的纠缠双光子,可能导致铟核两两之间发生量子纠缠。因而当纠缠的一方退激伽玛衰变,必然无时延触发纠缠的另一核也退激,因而局部衰变概率加倍!

反推导出产生的纠缠核物质仅约3.56%,大部分铟核应该还是非纠缠产生的:这是因为Co-60的2个纠缠光子都用于激活铟核是小概率事件,更可能仅其中一个光子参与了In核激活,另一“配偶”光子因与电子发生Compton碰撞,失去能量而化作热量,所以不足以再去激活铟核。

解释数据是实验的重要环节。除了用纠缠解释本实验,还真想不到其它啥子因素导致In-115m的衰变加速现象。如果读者有新的另类解释,欢迎提出来切磋。若是你的解释更靠谱,我不在乎推翻实物的量子纠缠观点。

应用预期:

别怪我打击潘教授的积极性,隔空传物是巫术,根本不可能实现的!

至于保密通讯嘛,我就不掺乎了,那是潘老师光子纠缠的强项,我这笨重的物质纠缠只能另辟应用领域。

用于量子纠缠保密通信,个人感觉是个鸡肋,现有通讯手段的保密性能已经够用,再上纠缠必定劳民伤财而收效甚微!再说有啥天大的机密怕泄露呢,若这类牛B信道给徐财厚乱用,说不定较多使用率花在纳财敛色上。

不象纠缠物质,纠缠光子它没法静止,也就没法捏在掌心把玩或携带,只能在真空或光学介质中消耗时间和能量去裸奔。因而应用受限制程度远大于纠缠的实物。这就是为何面对各种质疑,潘教授也无法现身现物说法,毕竟纠缠光子是很玄的呀。

量子纠缠用于遥控遥测,还是很有前途的。重子(物质)比轻子(光子)纠缠更适合此应用,但前提是要用现实的运输物流手段,将相缠的物质及时部署到应用地点。

建议大力开展面向民生、面向经济发展的纠缠物质应用技术的研究。

未来实验设想:

将含有纠缠激活核的In-115m,参杂到其它不同载体物中,可用于长距离试验,以验证互动反应时间是否瞬时超光速的无限大。

当在一端载体中人工强行“平仓”退激isomer核时,有纠缠关系的异地另一端载体中的同源isomer,是否也瞬时“鬼魅”般地遥相呼应自发“平仓”退激了呢?这正是未来实验的兴趣点!

1、10km左右近程试验

这个可在本地完成,毕竟10km也就10分钟车程,小意思!

扩展应用实验:遥控。可用灯泡点亮为信号,两地手机通话确认遥控是否成功。

铟物质较多时,可做遥控点火试验。

2、400km左右长距离试验

本试验拟在两城市多伦多与渥太华之间完成,车程4小时左右。

In-115m的半命为4.5小时,因而激发分离出来后,必须立即驱车上高速公路,风急火燎地送到多伦多的合作伙伴实验室。

扩展应用实验同样还是遥控。

3、北美ßà中国跨洲试验

这个实验要等到新的高速运载工具的问世,以便在3小时左右,赶在其自然衰变之前,将相缠的两份In-115m物质部署在太平洋两岸的实验室。

要是潘教授的隔空传物可以实现,这个实验就具备实施基础了。可惜,只能呵呵了!

如放弃In-115m而另选更长半命的核素,可以克服交通工具的慢速问题,从而可接续跨洋试验。

在地球两相向面做遥控试验,这以前要靠卫星中继无线电波调制信号。如果纠缠可行,则善莫大焉的太棒了!

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所有这三个试验,都可以用手机打电话沟通情况,虽然无线电波的速度不能超光速,但在地球范围内,极微的时延甚至难以直觉到。

脑筋急转弯:

量子纠缠是否也是一种波?纠缠波?至少不是电磁波。如果真的是波,且超光速、无衰减、无屏蔽传输那该多好,省去了昂贵的功率中继站,如此来看,未来的超远程遥控技术岂不要革命了?!

如果地球两面跨洲试验成功,则基本证明量子纠缠的非定域性与实在性完备,无需理会Bell不等式的证明与漏洞,Einstein也不得不承认量子的鬼魅属性。

将来人类文星向星际深空发射的宇宙飞船,无论离开多远光年,有量子纠缠非定域性的保佑,总能心有灵犀一点通。在纠缠上搭载视频调制信号,地球人再也不用从现有天文望远镜,看几十亿年前的录像啦。只待打开光速极限镣铐,坐享实时巡天美景!

除了丰满的理想外,现实更骨感的应用:卫星遥感、遥测、通讯也大有可为。

其他/她实验者:

美国华盛顿州卫生厅Daniel Van Gent研究员;美国路易斯安那州立大学Robert Desbrandes教授、Wei-Hsung Wang博士等。

还是有自己的实验室好,想做啥实验全凭兴趣!

参考文献:

Arxiv:Induced Quantum Entanglement of Nuclear Metastable States of In-115

US patent:Method and Device for Modifying the Deexcitation Probability of Nuclear Isomers




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