突破性研究：量子尺度上首次验证守恒定律

科技媒体 phys 于 6 月 24 日发布博文，报道称科学家通过实验，首次在量子尺度验证了物理学核心要义之一--守恒定律，为开发应用于计算、通信和传感领域的复杂量子态提供了全新思路。

守恒定律是自然科学的基石，它界定了物理过程中“可行”与“禁行”的边界。就像台球碰撞时，运动线性动量会在球体间传递，旋转物体则遵循角动量守恒定律。光同样具有角动量特性，特别是与光的空间结构相关的轨道角动量。

这项实验表明在量子世界中，单个光子（Photon）具有明确的角动量量子（OAM），在光与物质的相互作用中需要被守恒。

根据守恒定律，在具有零 OAM 的光子分裂成两个光子后，这两个光子的 OAM 量子之和必须为零。因此，如果一个新生成的光子具有一个 OAM 量子，其配对光子必须具有相反的，即负的 OAM 量子。换句话说，1 + (-1) = 0 的简单公式必须成立。

尽管这些守恒规则已经在激光的多种光学实验中得到验证和利用，但它们从未在单个光子中得到测试。研究报告的主要作者 Dr. Lea Kopf 解释说：“我们的实验表明，即使过程是由单个光子驱动的，OAM 确实守恒。这确认了基于过程对称性的最基本层面的关键守恒定律。”