Один человек спросил меня об этом, и я всего лишь скромный физический химик.
Я использовал классическую аналогию. (Насколько это хорошо или плохо и как это исправить?)
По сути, свет имеет суммарный угловой момент, равный нулю, поскольку он не поляризован в своих лево- и правополяризованных плоскостных формах до тех пор, пока не попадет в кристаллическую структуру.
Однако, как только он попадет в такую структуру, мы получим лево- и правополяризованный свет, то есть левый и правый фотонные лучи.
Поскольку исходный свет не был поляризован, эта поляризация (левая и правая) присуща свету. Первоначальный свет представляет собой суперпозицию левополяризованного и правополяризованного света, каждый из которых имеет общий угловой момент -1 и 1, так что они приводят к полному падающему свету с нулевой поляризацией.
Таким образом, они запутываются, чтобы понизить свой спин (квантовый угловой момент) до нуля. Как только мы измерим одну из частиц в суперпозиции, мы узнаем другую по закону сохранения углового момента.
Это близко?
Другие ответы хорошо перефразируют это в технических терминах.
Это может быть легче увидеть, если вы помните, что когда две частицы взаимодействуют, они должны делать это таким образом, чтобы сохранялись импульс, энергия, спин и т. д.
После взаимодействия две частицы все еще остаются в состоянии суперпозиции, но если вы измерите одну из них после взаимодействия, вы можете узнать, в каком состоянии должна быть другая частица, чтобы соблюдать законы сохранения.
Таким образом, это означает, что всякий раз, когда частицы взаимодействуют, должна происходить какая-то форма запутывания.
Отвечу на вопрос в заголовке:
Как частицы запутываются?
Запутанность - это сокращенный способ сказать, что «имеется дело с квантово-механической системой, которая описывает вероятностным образом переменные частиц как решения конкретных квантово-механических уравнений с конкретными граничными условиями».
(в сторону: запутанность можно отнести к решениям классических уравнений: когда есть решение для планеты и ее спутника и заданы граничные условия, если известно, где находится спутник, известно также, где находится планета, обе вращаются вокруг их барицентр.)
В рамках атомов, молекул и фотонов квантово-механические уравнения описывают многие системы тел, и были разработаны различные квантово-механические модели для работы с квантово-механическими коллективными явлениями. Квантово-механическая запутанность означает, что распределения вероятностей (квадрат функции состояния) для измеримого поведения частиц полностью определены для системы.
Молекулы в самом кристалле запутаны, потому что в принципе для кристалла можно записать функцию состояния.
Во взаимодействиях необходимо использовать новое решение. Когда протон сталкивается с протоном на БАК, все взаимодействие, входные и выходные частицы, а также все корреляции и углы выходных частиц запутываются. Статистическое поведение взаимодействия задается квадратом функции состояния, описывающей взаимодействие, и эксперимент может, например, измерить вероятность появления бозона Хиггса.
Если вы хотите использовать пример со светом, вам снова придется обратиться к квантово-механическому уровню, к кванту света, фотонам. В лазерном действии, вынужденном излучении , коллективном взаимодействии весь процесс запутан, создавая когерентный световой пучок, который возникает из множества фотонов в процессе.
Производство запутанных фотонов часто осуществляется в процессе спонтанного параметрического преобразования с понижением частоты ( страница википедии ), при котором луч света проходит через нелинейный кристалл. Благодаря взаимодействиям с квантовой структурой кристалла существует ненулевая амплитуда перехода одиночного фотона в суперпозицию многочастичных состояний (т. е. числовые операторы фотонов не коммутируют с эффективным гамильтонианом). С очень высокой вероятностью результирующее двухчастичное состояние будет запутанным в том смысле, что его нельзя разложить на одно тензорное произведение двух одночастичных состояний.
Обратите внимание, что вероятность получения запутанного состояния «увеличивается» тем фактом, что фотоны неразличимы: если бы такая факторизация была возможна, то состояния факторов должны были бы быть идентичными. В общем случае природа возникающих запутанных состояний зависит от сохраняющихся величин, связанных с взаимодействием с кристаллом.
Также возможно создать запутанное состояние путем глобального преобразования системы таким образом, чтобы не было взаимодействия между составляющими ее частицами. Например, поскольку а также двухспиновые состояния находятся в триплетном представлении , измеряя определенным образом полный угловой момент, можно «проецировать» состояние тензорного произведения на запутанное состояние, тем самым «производя» запутанное состояние (хотя и весьма надуманным образом и со смешанным ансамблем других состояний : в принципе, есть способ взглянуть на приводимое состояние такое, что кажется запутанным).
Теория запутанности и квантовая механика в целом очень тесно связаны с математическим предметом теории представлений, которая также очень полезна в теоретической химии.
То, что вы описали, похоже, является одним из примеров. В общем, взаимодействия между двумя квантовыми системами будут переводить систему в некоторое совместное состояние, которое в общем случае будет запутанным. Например, если у вас есть два спина, соединенных спин-спиновой связью, то основное состояние этой (всей) системы с двумя спинами имеет некоторую запутанность.
РЕДАКТИРОВАТЬ: Кстати, ваша аналогия не классическая, а на самом деле квантовая. И это не просто аналогия, а точное отражение физики запутанности. Люди думают о поляризации света как о классической, поскольку изучают ее в курсе электродинамики, но по сути это квантовое поведение — для «безмассовых» вещей, таких как фотоны, классическое описание имеет некоторые квантовые свойства по своей сути :-)
пользователь26143