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在我的上一篇文章中，我搜集了一些零件，用於一個非常粗糙但非常酷的實驗，您可以在地下室進行該實驗來演示量子糾纏。據我所知，這是有史以來最便宜和最簡單的此類實驗。它不會給出可發表的結果，但正如塞繆爾·約翰遜所說，一個自制的糾纏實驗“就像狗用後腿走路一樣。它做得不好；但你會驚訝地發現它竟然完成了。”作為熱身練習，我將我的糾纏光子源——一塊放射性鈉 22 圓盤——夾在我的兩個蓋革計數器之間（見下圖和照片），讓系統執行過夜，測量蓋革計數器同時發出咔噠聲的頻率。如果伽馬射線光子確實成對地沿相反方向射出，那麼當我改變兩個蓋革計數器的對齊方式時，符合率應該會發生強烈變化。而這就是我所看到的。當蓋革計數器直接相互對準時，每個計數器每分鐘大約發出 900 次咔噠聲，並且兩者同步發出咔噠聲的頻率約為每分鐘 4 次。這比預期的意外巧合率高出約 40%。在分離意外和真實的巧合率以及估計統計誤差方面存在各種細微之處，但我觀察到的訊號大約比噪聲高出 10 個標準差。當我將其中一個蓋革計數器旋轉出對齊狀態時，巧合率急劇下降。對於 25° 角，它僅比意外率高出約 15%，這在統計學上仍然顯著，如果勉強算得上。對於 45° 和 90°，它等於預期的意外率。因此我可以初步得出結論，我看到的是伽馬射線對——每分鐘一到兩對！考慮到裝置的粗糙程度，這絕非易事。僅僅因為伽馬射線成對出現並不意味著它們是糾纏的。為了檢查是否糾纏，我使用一種稱為康普頓極化測量的技術來測量光子的偏振。在OnlineMetals.com購買的一對鋁立方體充當伽馬射線稜鏡，將光子散射到取決於其偏振方向的方向。反電子和電子湮滅產生的兩個伽馬射線彼此線性偏振成直角，因此它們應該在垂直方向上從鋁上散射出來。這就是物理學變得怪異的地方。每個單獨的光子都以隨機方向散射，但一個光子採取的隨機方向與其夥伴採取的隨機方向有關。伽馬射線同步作用。如果它們真的是隨機的，它們怎麼能做到這一點呢？愛因斯坦的結論是，光子要麼不是真正隨機的，要麼是在遠處相互作用。為了首次嘗試觀察這種效應，我將鈉 22 圓盤夾在兩個立方體之間，並將一個蓋革計數器放在每個立方體的一個面上（見下圖照片）。我首先將蓋革計數器指向同一方向，讓它們坐過夜以計算巧合。早上，我將一個蓋革計數器移動到其立方體的不同面上，以便兩個探測器現在彼此垂直，並讓系統執行一整天。我繼續迴圈使用不同的方式將探測器對齊為彼此平行或垂直。糾纏應該表現為巧合率的不對稱性。事實上，這就是我所看到的。平均每分鐘發生約一次巧合，並且當蓋革計數器垂直時，該比率始終更高。看起來像是糾纏在起作用！不過，明智的研究生會猶豫是否將此結果展示給他的導師。垂直率比預期的意外巧合率高出幾個標準差，但平行率卻淹沒在噪聲中。因此，不對稱性很可能是統計上的僥倖，或者是設定中的細微偏差。為了改進實驗，我需要降低意外率——特別是伽馬射線直接從鈉傳播到蓋革計數器而不是從鋁上散射引起的比率。我將放射性鈉封裝在一個所謂的準直器中：一個鉛儲存罐，我在其兩端鑽了 1/2 英寸的孔。每分鐘有幾百個伽馬射線透過每個孔洩漏出來，形成一對伽馬射線束。鉛抑制了大約四分之一的離軸輻射。使用準直器後，巧合率下降了 10 倍，但現在超過了兩種方向的預測意外率。垂直率是兩者中較高的，再次正如康普頓極化測量理論對糾纏光子的預測一樣。但這仍然不足以通知諾貝爾委員會。充其量，這意味著每 20 分鐘檢測到一對糾纏光子，並且在如此微薄的涓涓細流下，誰知道可能存在什麼細微的偏差。對於開創性的布勒和布拉特實驗來說，不確定性可能更大。話又說回來，我所尋求的只是一個暗示性的演示，而不是研究級系統。可能的下一步是特別訂購更強的鈉 22 源，這將使我的實驗中的粒子速率提高到布勒和布拉特實驗的水平，但代價是造成更大的輻射危害。另一個想法是嘗試鋁立方體以外的散射體。但除此之外，我認為您已經用盡了廉價的選擇，並且必須更深入地挖掘您的錢包，首先是用閃爍計數器替換蓋革計數器，正如吳健雄和沙克諾夫所使用的那樣。這些計數器在拾取輻射方面更有效；為它們檢測到的每個粒子建立更短的電脈衝，這降低了意外巧合的機率；並測量粒子能量，這將有助於篩選出湮滅產生的光子。但此類儀器價格更高且更麻煩。進一步改進的有用指南是倫納德·卡斯凱 (Leonard Kaskay) 1972 年的博士論文。作為吳健雄的學生，卡斯凱系統地研究了可能的誤差來源：多次散射、幾何不對準、不需要的光子等等。他能夠達到足夠的精度來證明伽馬射線違反了理論家約翰·S·貝爾推匯出的數學不等式，證實他看到的是遠距離的幽靈般的相互作用，而不是一些平凡的效果。這些型別的實驗非常棘手，所以請分享您的想法和建議——更不用說您嘗試重現實驗的嘗試了！等到你的朋友們聽說你在業餘時間是一位業餘量子物理學家吧。