Bølge- og partikkelegenskaper er to grunnleggende egenskaper ved materie i naturen. Når det gjelder lys, går debatten om hvorvidt det er en bølge eller en partikkel tilbake til 1600-tallet. Newton etablerte en relativt perfekt partikkelteori om lys i boken sinOptikk, noe som gjorde at partikkelteorien om lys ble den vanlige teorien i nesten et århundre. Huygens, Thomas Young, Maxwell og andre trodde at lys var en bølge. Frem til tidlig på 1900-tallet foreslo EinsteinOptikkkvanteforklaring avfotoelektriskeffekt, som fikk folk til å innse at lys har egenskapene til bølge- og partikkeldualitet. Bohr påpekte senere i sitt berømte komplementaritetsprinsipp at hvorvidt lys oppfører seg som en bølge eller en partikkel avhenger av det spesifikke eksperimentelle miljøet, og at begge egenskapene ikke kan observeres samtidig i et enkelt eksperiment. Etter at John Wheeler foreslo sitt berømte forsinkede seleksjonseksperiment, basert på dets kvanteversjon, har det imidlertid blitt teoretisk bevist at lys samtidig kan legemliggjøre en bølge-partikkel-superposisjonstilstand av "verken bølge eller partikkel, verken bølge eller partikkel", og dette merkelige fenomenet har blitt observert i et stort antall eksperimenter. Den eksperimentelle observasjonen av bølge-partikkel-superposisjon av lys utfordrer den tradisjonelle grensen for Bohrs komplementaritetsprinsipp og omdefinerer konseptet bølge-partikkel-dualitet.
I 2013, inspirert av Cheshire-katten i Alice i Eventyrland, foreslo Aharonov et al. kvanteteorien om Cheshire-katten. Denne teorien avslører et svært nytt fysisk fenomen, det vil si at Cheshire-kattens kropp (fysisk enhet) kan realisere romlig separasjon fra sitt smilefjes (fysisk attributt), noe som gjør separasjon av materielle attributter og ontologi mulig. Forskerne observerte deretter Cheshire-katten-fenomenet i både nøytron- og fotonsystemer, og observerte videre fenomenet med to kvante Cheshire-katter som utvekslet smilende ansikter.
Nylig, inspirert av denne teorien, har professor Li Chuanfengs team ved University of Science and Technology of China, i samarbeid med professor Chen Jinglings team ved Nankai University, innsett separasjonen av bølge-partikkel-dualiteten tilOptikk, det vil si den romlige separasjonen av bølgeegenskaper fra partikkelegenskaper, ved å designe eksperimenter med forskjellige frihetsgrader for fotoner og bruke svake måleteknikker basert på virtuell tidsutvikling. Bølgeegenskapene og partikkelegenskapene til fotoner observeres samtidig i forskjellige regioner.
Resultatene vil bidra til å utdype forståelsen av det grunnleggende konseptet kvantemekanikk, bølge-partikkel-dualitet, og den svake målemetoden som brukes vil også gi ideer til eksperimentell forskning i retning av kvantepresisjonsmåling og kontrafaktisk kommunikasjon.
| papirinformasjon |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Eksperimentell demonstrasjon av separasjon av bølge-partikkeldualiteten til et enkelt foton med kvante-Cheshire-katagrammet. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Publisert: 25. desember 2023