Bølge- og partikelegenskaber er to grundlæggende egenskaber ved stof i naturen. For lysets tilfælde går debatten om, hvorvidt det er en bølge eller en partikel, tilbage til det 17. århundrede. Newton etablerede en relativt perfekt partikelteori om lys i sin bogOptik, som fik partikelteorien om lys til at blive mainstream-teorien i næsten et århundrede. Huygens, Thomas Young, Maxwell og andre mente, at lys var en bølge. Indtil det tidlige 20. århundrede foreslog EinsteinOptikkvanteforklaring affotoelektriskeeffekt, som fik folk til at indse, at lys har karakteristika af bølge- og partikeldualitet. Bohr påpegede senere i sit berømte komplementaritetsprincip, at hvorvidt lys opfører sig som en bølge eller en partikel afhænger af det specifikke eksperimentelle miljø, og at begge egenskaber ikke kan observeres samtidigt i et enkelt eksperiment. Men efter at John Wheeler foreslog sit berømte forsinkede selektionseksperiment, baseret på dets kvanteversion, er det teoretisk blevet bevist, at lys samtidig kan legemliggøre en bølge-partikel superpositionstilstand af "hverken bølge eller partikel, hverken bølge eller partikel", og dette mærkelige fænomen er blevet observeret i et stort antal eksperimenter. Den eksperimentelle observation af bølge-partikel-superposition af lys udfordrer den traditionelle grænse for Bohrs komplementaritetsprincip og omdefinerer begrebet bølge-partikel-dualitet.
I 2013, inspireret af Cheshire-katten i Alice i Eventyrland, Aharonov et al. foreslået kvante Cheshire kat teorien. Denne teori afslører et meget nyt fysisk fænomen, det vil sige, at Cheshire-kattens krop (fysiske entitet) kan realisere rumlig adskillelse fra dens smiley (fysiske egenskab), hvilket gør adskillelsen af materielle egenskaber og ontologi mulig. Forskerne observerede derefter Cheshire-kattefænomenet i både neutron- og fotonsystemer og observerede yderligere fænomenet med to kvante Cheshire-katte, der udvekslede smilende ansigter.
For nylig, inspireret af denne teori, har professor Li Chuanfengs team ved University of Science and Technology i Kina, i samarbejde med professor Chen Jinglings team ved Nankai University, indset adskillelsen af bølge-partikel-dualiteten afOptik, det vil sige den rumlige adskillelse af bølgeegenskaber fra partikelegenskaber, ved at designe eksperimenter med forskellige frihedsgrader af fotoner og bruge svage måleteknikker baseret på virtuel tidsevolution. Fotonernes bølgeegenskaber og partikelegenskaber observeres samtidigt i forskellige områder.
Resultaterne vil være med til at uddybe forståelsen af grundbegrebet kvantemekanik, bølge-partikel dualitet, og den anvendte svage målemetode vil også give ideer til den eksperimentelle forskning i retning af kvantepræcisionsmåling og kontrafaktisk kommunikation.
| papiroplysninger |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Eksperimentel demonstration af adskillelse af bølge-partikeldualiteten af en enkelt foton med kvante Cheshire kat. Light Sci Appl. 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Indlægstid: 25. december 2023