Våg- och partikelegenskaper är två grundläggande egenskaper hos materia i naturen. När det gäller ljus går debatten om huruvida det är en våg eller en partikel tillbaka till 1600-talet. Newton etablerade en relativt perfekt partikelteori för ljus i sin bokOptik, vilket gjorde att partikelteorin om ljus blev den etablerade teorin i nästan ett sekel. Huygens, Thomas Young, Maxwell och andra trodde att ljus var en våg. Fram till början av 1900-talet föreslog EinsteinOptikkvantförklaring avfotoelektriskeffekt, vilket fick människor att inse att ljus har egenskaperna hos våg- och partikeldualitet. Bohr påpekade senare i sin berömda komplementaritetsprincip att huruvida ljus beter sig som en våg eller en partikel beror på den specifika experimentella miljön, och att båda egenskaperna inte kan observeras samtidigt i ett enda experiment. Men efter att John Wheeler föreslog sitt berömda experiment med fördröjd selektion, baserat på dess kvantversion, har det teoretiskt bevisats att ljus samtidigt kan förkroppsliga ett våg-partikel-superpositionstillstånd av "varken våg eller partikel, varken våg eller partikel", och detta märkliga fenomen har observerats i ett stort antal experiment. Den experimentella observationen av våg-partikel-superposition av ljus utmanar den traditionella gränsen för Bohrs komplementaritetsprincip och omdefinierar begreppet våg-partikel-dualitet.
År 2013, inspirerade av Cheshirekatten i Alice i Underlandet, föreslog Aharonov et al. teorin om kvant-Cheshirekatten. Denna teori avslöjar ett mycket nytt fysikaliskt fenomen, det vill säga att Cheshirekattens kropp (fysisk enhet) kan uppnå rumslig separation från sitt leende ansikte (fysiskt attribut), vilket möjliggör separation av materiella attribut och ontologi. Forskarna observerade sedan Cheshirekattens fenomen i både neutron- och fotonsystem, och observerade vidare fenomenet med två kvant-Cheshirekatter som utbyter leende ansikten.
Nyligen, inspirerade av denna teori, har professor Li Chuanfengs team vid University of Science and Technology of China, i samarbete med professor Chen Jinglings team vid Nankai University, insett separationen av våg-partikel-dualiteten hosOptik, det vill säga den rumsliga separationen av vågegenskaper från partikelegenskaper, genom att utforma experiment med olika frihetsgrader hos fotoner och använda svaga mättekniker baserade på virtuell tidsutveckling. Vågegenskaperna och partikelegenskaperna hos fotoner observeras samtidigt i olika regioner.
Resultaten kommer att bidra till att fördjupa förståelsen av det grundläggande konceptet kvantmekanik, våg-partikeldualitet, och den svaga mätmetoden som används kommer också att ge idéer för experimentell forskning i riktning mot kvantprecisionsmätning och kontrafaktisk kommunikation.
| information om papper |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Experimentell demonstration av att separera våg-partikeldualiteten hos en enda foton med kvant-Cheshire-katatografen. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Publiceringstid: 25 december 2023