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量子糾纏實驗不是您可以在玩具反斗城的科學套裝區購買的東西。我所知的最便宜的套裝也是微型化的奇蹟，但仍然要花費 20,000 歐元。不過，在過去一個月裡，我只花了區區幾百美元就組裝了一個簡陋的版本。它非常簡單——簡單到幾乎無法工作，更不用說產生可靠的結果了。但是，想到使用自制裝置觀察幽靈般的超距作用是如此新穎和令人興奮，以至於我想與所有修補匠、創客、駭客和科學展覽參賽者分享。去年秋天，我在構建一個超簡單雲霧室時產生了想法。我的初始設計在觀察粒子軌跡方面遇到了麻煩，並且想檢查我搜羅的放射性材料是否真的具有放射性。所以我翻出了一對Aware Electronics在特拉華州威爾明頓的公司多年前給我的蓋革計數器，用於 9/11 事件後對消費級輻射探測器的評估。每次您聽到蓋革計數器發出咔噠聲，它都檢測到一個粒子——在伽馬輻射的情況下，這意味著一個高能光子。這讓我想到，蓋革計數器可以替代單光子探測器，而單光子探測器是那個 20,000 歐元系統的大部分成本。透過查閱文獻，我發現最早的糾纏實驗是由恩斯特·布勒和 H.L. 布拉特以及R.C. 漢納在 1948 年獨立完成的，他們使用了蓋革計數器。這是吳健雄和歐文·沙克諾夫更著名的工作的前身，他們使用更靈敏的探測器重現了結果。在物理學史上的一個奇怪的轉折中，這些研究人員並沒有將他們的工作與糾纏本身聯絡起來，更不用說愛因斯坦對這種現象的困惑了。幾年後，理論家大衛·玻姆和亞基爾·阿哈羅諾夫意識到，這些實驗為愛因斯坦、鮑里斯·波多爾斯基和內森·羅森著名的 EPR 思想實驗注入了活力。如今，加州理工學院、愛丁堡大學和其他地方的物理專業的學生經常進行吳-沙克諾夫實驗。但是，對於我們這些缺乏這些著名機構資源的人來說呢？在大衛·普魯奇的鼓勵下，他幾乎發明了業餘量子物理學家的類別，我決定在我的地下室工作室裡嘗試重現布勒-布拉特實驗。我使用的零件是
兩個 Aware RM-60 蓋革計數器
放射性鈉-22 圓片
1 英寸直徑的塑膠管和木塞
Aware 巧合計數箱
蓋革計數器到 iPad 介面箱（由 Radio Shack 零件組裝）
執行 Geiger Bot 應用程式的 iPad
上述裝置的電纜
鉛罐
兩個鋁條
除了便宜之外，蓋革計數器作為單光子探測器還具有兩個主要優勢。首先，透過檢測伽馬射線而不是可見光或紅外光子，它們不需要比夜晚更暗的條件，而這正是光學糾纏實驗的禍根。其次，很容易購買到糾纏伽馬射線光子的源。一小塊放射性鈉-22圓片售價 80 美元，而糾纏光學光子源則為 1,400 美元。當鈉原子衰變時，它們會釋放出反電子或正電子，而正電子又會與附近的電子湮滅，從而產生糾纏的伽馬射線光子對。（作為一個在《星際迷航》中長大的人，在網際網路上訂購反物質讓我感到非常興奮。）該圓片被評為可以安全處理，儘管您不會想把它放在口袋裡隨身攜帶。在約一英尺的距離處，其輻射量與我地下室的背景水平相當。伽馬射線向各個方向均勻噴射。該圓片的設計還允許正電子從一側逸出，以防您需要一些。我使用一個短木銷來阻擋這些逸出的粒子，並將圓片固定在塑膠管內。理論認為，一對糾纏的伽馬射線會沿完全相反的方向飛出，所以我透過在樣品兩側放置一個蓋革計數器來尋找它們。成對的光子應該導致兩個蓋革計數器同時發出咔噠聲。為了計數這些同時命中的次數，我將蓋革計數器連線到 Aware 的巧合計數箱（只不過是一個與非門，一個標準的電子元件），使用簡單的介面將 c-box 輸出插入 iPad 的麥克風插孔，並執行一個名為 Geiger Bot 的應用程式。在 iOS 時代之前，《大眾科學》的業餘科學家專欄作家肖恩·卡爾森改裝了一個計步器來完成大致相同的事情。在尋找糾纏光子之前，我透過測量背景輻射（特別是宇宙射線）來測試蓋革計數器和 c-box。當來自深空的能量粒子撞擊地球大氣層時，它會分裂成一連串的粒子，特別是繆子，這些粒子像雨點般落在地面上。繆子會穿透兩個蓋革計數器並記錄為巧合。您可以判斷您檢測到的是宇宙射線，而不是其他形式的輻射，因為巧合率取決於蓋革計數器的位置。裝置上下堆疊在一起，記錄垂直向下傳播的粒子，Geiger Bot 每分鐘計數約 3 次巧合。這個值與這種設定的宇宙射線通量的估計值相符。蓋革計數器水平並排排列，對來自高處的繆子變得不敏感，巧合率下降了 100 倍。（如果您是宇宙射線極客，或者只是無聊，您可以在 Cosm 資料記錄網站上觀看我的讀數。如果您將自己的宇宙射線探測器上線，請告訴我。）偶爾，系統也會拾取到虛假的巧合：兩個不相關的粒子恰好幾乎同時擊中兩個蓋革計數器。對於宇宙射線檢測，這不是問題；在沒有任何放射性材料的情況下，每個蓋革計數器平均每分鐘只發出 20 次咔噠聲，因此可能要過一天，兩個計數器才會偶然同時發出咔噠聲。但是，當您使用放射性樣品時，這種影響變得顯著，因為蓋革計數器每分鐘發出數百甚至數千次咔噠聲。偶然巧合的發生率與 蓋革計數器讀數的平方成正比，並且在布勒和布拉特的實驗中，與真實巧合的發生率相當。不幸的是，這兩種速率相似——這意味著對糾纏的任何檢測都充其量是邊緣性的。但是，當使用蓋革計數器時，這種誤差來源是不可避免的。更昂貴的探測器具有更銳利的時間解析度，並拾取更少的偶然重疊。在測試了電子裝置後，我準備開始實驗了。在下一篇文章中，我將描述我的發現。