Bølge- og partikelegenskaber er to grundlæggende egenskaber ved stof i naturen. I tilfældet med lys 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, hvilket gjorde partikelteorien om lys til den gængse teori i næsten et århundrede. Huygens, Thomas Young, Maxwell og andre mente, at lys var en bølge. Indtil begyndelsen af det 20. århundrede foreslog EinsteinOptikkvanteforklaring affotoelektriskeffekt, som fik folk til at indse, at lys har karakteristika som 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. Efter at John Wheeler foreslog sit berømte forsinkede selektionseksperiment, baseret på dets kvanteversion, er det imidlertid blevet teoretisk bevist, at lys samtidigt kan repræsentere en bølge-partikel-superpositionstilstand "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 konceptet bølge-partikel-dualitet.
I 2013, inspireret af Cheshire-katten i Alice i Eventyrland, foreslog Aharonov et al. kvanteteorien om Cheshire-katten. Denne teori afslører et meget nyt fysisk fænomen, nemlig at Cheshire-kattens krop (fysisk enhed) kan realisere rumlig adskillelse fra sit smilende ansigt (fysisk egenskab), hvilket muliggør adskillelse af materiel egenskab og ontologi. 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 of China, 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 partikeligegenskaber, ved at designe eksperimenter med forskellige frihedsgrader af fotoner og bruge svage måleteknikker baseret på virtuel tidsudvikling. Bølgeegenskaberne og partikelegenskaberne af fotoner observeres samtidigt i forskellige regioner.
Resultaterne vil bidrage til at uddybe forståelsen af det grundlæggende koncept inden for kvantemekanik, bølge-partikel-dualitet, og den anvendte svage målemetode vil også give ideer til eksperimentel forskning i retning af kvantepræcisionsmåling og kontrafaktisk kommunikation.
| papirinformation |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Eksperimentel demonstration af adskillelse af bølge-partikeldualiteten af en enkelt foton med kvante-Cheshire-kateteret. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Opslagstidspunkt: 25. dec. 2023