本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
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在我的上一篇文章中，我搜集了一些零件，用于一个非常粗糙但非常酷的实验，您可以在地下室进行该实验来演示量子纠缠。据我所知，这是有史以来最便宜和最简单的此类实验。它不会给出可发表的结果，但正如塞缪尔·约翰逊所说，一个自制的纠缠实验“就像狗用后腿走路一样。它做得不好；但你会惊讶地发现它竟然完成了。”作为热身练习，我将我的纠缠光子源——一块放射性钠 22 圆盘——夹在我的两个盖革计数器之间（见下图和照片），让系统运行过夜，测量盖革计数器同时发出咔哒声的频率。如果伽马射线光子确实成对地沿相反方向射出，那么当我改变两个盖革计数器的对齐方式时，符合率应该会发生强烈变化。而这就是我所看到的。当盖革计数器直接相互对准时，每个计数器每分钟大约发出 900 次咔哒声，并且两者同步发出咔哒声的频率约为每分钟 4 次。这比预期的意外巧合率高出约 40%。在分离意外和真实的巧合率以及估计统计误差方面存在各种细微之处，但我观察到的信号大约比噪声高出 10 个标准差。当我将其中一个盖革计数器旋转出对齐状态时，巧合率急剧下降。对于 25° 角，它仅比意外率高出约 15%，这在统计学上仍然显着，如果勉强算得上。对于 45° 和 90°，它等于预期的意外率。因此我可以初步得出结论，我看到的是伽马射线对——每分钟一到两对！考虑到设备的粗糙程度，这绝非易事。仅仅因为伽马射线成对出现并不意味着它们是纠缠的。为了检查是否纠缠，我使用一种称为康普顿极化测量的技术来测量光子的偏振。在OnlineMetals.com购买的一对铝立方体充当伽马射线棱镜，将光子散射到取决于其偏振方向的方向。反电子和电子湮灭产生的两个伽马射线彼此线性偏振成直角，因此它们应该在垂直方向上从铝上散射出来。这就是物理学变得怪异的地方。每个单独的光子都以随机方向散射，但一个光子采取的随机方向与其伙伴采取的随机方向有关。伽马射线同步作用。如果它们真的是随机的，它们怎么能做到这一点呢？爱因斯坦的结论是，光子要么不是真正随机的，要么是在远处相互作用。为了首次尝试观察这种效应，我将钠 22 圆盘夹在两个立方体之间，并将一个盖革计数器放在每个立方体的一个面上（见下图照片）。我首先将盖革计数器指向同一方向，让它们坐过夜以计算巧合。早上，我将一个盖革计数器移动到其立方体的不同面上，以便两个探测器现在彼此垂直，并让系统运行一整天。我继续循环使用不同的方式将探测器对齐为彼此平行或垂直。纠缠应该表现为巧合率的不对称性。事实上，这就是我所看到的。平均每分钟发生约一次巧合，并且当盖革计数器垂直时，该比率始终更高。看起来像是纠缠在起作用！不过，明智的研究生会犹豫是否将此结果展示给他的导师。垂直率比预期的意外巧合率高出几个标准差，但平行率却淹没在噪声中。因此，不对称性很可能是统计上的侥幸，或者是设置中的细微偏差。为了改进实验，我需要降低意外率——特别是伽马射线直接从钠传播到盖革计数器而不是从铝上散射引起的比率。我将放射性钠封装在一个所谓的准直器中：一个铅存储罐，我在其两端钻了 1/2 英寸的孔。每分钟有几百个伽马射线通过每个孔泄漏出来，形成一对伽马射线束。铅抑制了大约四分之一的离轴辐射。使用准直器后，巧合率下降了 10 倍，但现在超过了两种方向的预测意外率。垂直率是两者中较高的，再次正如康普顿极化测量理论对纠缠光子的预测一样。但这仍然不足以通知诺贝尔委员会。充其量，这意味着每 20 分钟检测到一对纠缠光子，并且在如此微薄的涓涓细流下，谁知道可能存在什么细微的偏差。对于开创性的布勒和布拉特实验来说，不确定性可能更大。话又说回来，我所寻求的只是一个暗示性的演示，而不是研究级系统。可能的下一步是特别订购更强的钠 22 源，这将使我的实验中的粒子速率提高到布勒和布拉特实验的水平，但代价是造成更大的辐射危害。另一个想法是尝试铝立方体以外的散射体。但除此之外，我认为您已经用尽了廉价的选择，并且必须更深入地挖掘您的钱包，首先是用闪烁计数器替换盖革计数器，正如吴健雄和沙克诺夫所使用的那样。这些计数器在拾取辐射方面更有效；为它们检测到的每个粒子创建更短的电脉冲，这降低了意外巧合的概率；并测量粒子能量，这将有助于筛选出湮灭产生的光子。但此类仪器价格更高且更麻烦。进一步改进的有用指南是伦纳德·卡斯凯 (Leonard Kaskay) 1972 年的博士论文。作为吴健雄的学生，卡斯凯系统地研究了可能的误差来源：多次散射、几何不对准、不需要的光子等等。他能够达到足够的精度来证明伽马射线违反了理论家约翰·S·贝尔推导出的数学不等式，证实他看到的是远距离的幽灵般的相互作用，而不是一些平凡的效果。这些类型的实验非常棘手，所以请分享您的想法和建议——更不用说您尝试重现实验的尝试了！等到你的朋友们听说你在业余时间是一位业余量子物理学家吧。