双缝干涉实验是物理学史上最“反直觉”的实验之一，在学术界引起过广泛的讨论，比如哥本哈根学派和爱因斯坦有关“上帝是否掷色子”的讨论。这一实验在纳米尺度下揭示了波粒二象性这一量子力学基石原理。近日，STAR合作组的研究团队通过矢量介子ρ⁰的光致产生过程，首次在高能重离子碰撞过程中实现了费米尺度的单粒子双缝干涉实验，并以该过程为媒介对原子核的胶子分布进行了断层成像。

在高能重离子碰撞中，伴随碰撞核的极强电磁场可以等效成准实光子，一个碰撞核诱导的准实光子可以与另外一个核中的胶子聚合形成矢量介子。该过程的产生振幅可视为其在两个碰撞核上的产生振幅的相干叠加，从而形成以矢量介子为干涉实体、以碰撞核为“缝”的双缝干涉实验。最近，STAR合作组在金-金和铀-铀碰撞中精确测量了ρ⁰衰变到π⁺π-的光致产生过程，成功的观测到这种新型的双缝干涉现象。这两个“缝”之间的距离约为20费米，是人类首次实现费米尺度的干涉实验。通过精确测量干涉后的ρ⁰介子横动量分布，类似于医学中的正电子断层扫描技术，科学家可以反推缝的特性（对原子核中的胶子分布进行成像）。研究团队还发现ρ⁰介子的光致产生过程是完全线性极化的，这就额外的提供了一个维度的信息，从而实现了二维成像并以此精确测量了重核中的胶子分布半径。研究团队指出，这种新型双缝干涉实际上是由ρ⁰介子的衰变产物（正负π介子对）协同合作而产生的，这种“超时空”的协同合作现象诠释了量子纠缠。

研究成果以题目“Tomography of ultrarelativistic nuclei with polarized photon-gluon collisions”发表在《Science Advances》上，该工作由美国布鲁克海文国家实验室的Daniel Brandenburg和许长补、山东大学的杨驰以及中国科学技术大学的查王妹等领衔完成；实验研究所依赖的核心子探测器时间投影室和飞行时间谱仪均由STAR中国组和美国组联合建造。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s41365-023-01167-6