Proprietățile de undă și particule sunt două proprietăți fundamentale ale materiei în natură. În cazul luminii, dezbaterea despre dacă este o undă sau o particulă datează din secolul al XVII-lea. Newton a stabilit o teorie relativ perfectă a particulelor luminii în cartea saOptică, ceea ce a făcut ca teoria particulelor luminii să devină teoria principală timp de aproape un secol. Huygens, Thomas Young, Maxwell și alții credeau că lumina este o undă. Până la începutul secolului al XX-lea, Einstein a propusOpticăexplicația cuantică afotoelectricefect, care i-a făcut pe oameni să realizeze că lumina are caracteristicile dualității undă-particulă. Bohr a subliniat ulterior în faimosul său principiu al complementarității că faptul că lumina se comportă ca undă sau ca particulă depinde de mediul experimental specific și că ambele proprietăți nu pot fi observate simultan într-un singur experiment. Cu toate acestea, după ce John Wheeler a propus faimosul său experiment de selecție întârziată, bazat pe versiunea sa cuantică, s-a dovedit teoretic că lumina poate întruchipa simultan o stare de superpoziție undă-particulă de „nici undă, nici particulă, nici undă, nici particulă”, iar acest fenomen straniu a fost observat într-un număr mare de experimente. Observarea experimentală a superpoziției undă-particulă a luminii contestă limita tradițională a principiului complementarității lui Bohr și redefinește conceptul de dualitate undă-particulă.
În 2013, inspirați de pisica Cheshire din Alice în Țara Minunilor, Aharonov și colab. au propus teoria pisicii Cheshire cuantice. Această teorie dezvăluie un fenomen fizic foarte nou, și anume că corpul pisicii Cheshire (entitatea fizică) poate realiza o separare spațială de fața sa zâmbitoare (atributul fizic), ceea ce face posibilă separarea atributului material și a ontologiei. Cercetătorii au observat apoi fenomenul pisicii Cheshire atât în sistemele neutronice, cât și în cele fotonice și au observat în continuare fenomenul a două pisici Cheshire cuantice care schimbă fețe zâmbitoare.
Recent, inspirată de această teorie, echipa profesorului Li Chuanfeng de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China, în colaborare cu echipa profesorului Chen Jingling de la Universitatea Nankai, a realizat separarea dualității undă-particulă aOptică, adică separarea spațială a proprietăților undelor de proprietățile particulelor, prin proiectarea de experimente utilizând diferite grade de libertate ale fotonilor și tehnici de măsurare slabe bazate pe evoluția timpului virtual. Proprietățile undelor și proprietățile particulelor fotonilor sunt observate simultan în regiuni diferite.
Rezultatele vor ajuta la aprofundarea înțelegerii conceptului de bază al mecanicii cuantice, a dualității undă-particulă, iar metoda slabă de măsurare utilizată va oferi, de asemenea, idei pentru cercetarea experimentală în direcția măsurătorilor cuantice de precizie și a comunicării contrafactuale.
informații pe hârtie |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. și colab. Demonstrație experimentală a separării dualității undă-particulă a unui singur foton cu ajutorul catalizatorului cuantic Cheshire. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Data publicării: 25 decembrie 2023