Golf- en deeltjeseigenschappen zijn twee basiseigenschappen van materie in de natuur. In het geval van licht gaat het debat over de vraag of het een golf of een deeltje is terug tot de 17e eeuw. Newton ontwikkelde een relatief perfecte deeltjestheorie over licht in zijn boek.Optiek, waardoor de deeltjestheorie van het licht bijna een eeuw lang de gangbare theorie werd. Huygens, Thomas Young, Maxwell en anderen geloofden dat licht een golf was. Tot begin 20e eeuw stelde Einstein deOptiekkwantumverklaring van defoto-elektrischeffect, waardoor mensen zich realiseerden dat licht de kenmerken heeft van golf- en deeltjesdualiteit. Bohr wees er later in zijn beroemde complementariteitsprincipe op dat of licht zich gedraagt als een golf of een deeltje afhangt van de specifieke experimentele omgeving, en dat beide eigenschappen niet gelijktijdig in één experiment kunnen worden waargenomen. Nadat John Wheeler echter zijn beroemde experiment met vertraagde selectie voorstelde, gebaseerd op de kwantumversie, is theoretisch bewezen dat licht gelijktijdig een golf-deeltjessuperpositietoestand kan belichamen van "noch golf noch deeltje, noch golf noch deeltje", en dit vreemde fenomeen is in een groot aantal experimenten waargenomen. De experimentele observatie van golf-deeltjessuperpositie van licht daagt de traditionele grens van Bohrs complementariteitsprincipe uit en herdefinieert het concept van golf-deeltjesdualiteit.
In 2013, geïnspireerd door de Cheshire kat in Alice in Wonderland, stelden Aharonov et al. de kwantum Cheshire kat-theorie voor. Deze theorie onthult een zeer nieuw natuurkundig fenomeen: het lichaam van de Cheshire kat (fysieke entiteit) kan ruimtelijke scheiding realiseren van zijn lachende gezichtje (fysiek attribuut), wat de scheiding van materiële attributen en ontologie mogelijk maakt. De onderzoekers observeerden vervolgens het fenomeen van de Cheshire kat in zowel neutronen- als fotonensystemen, en observeerden vervolgens het fenomeen van twee kwantum Cheshire katten die lachende gezichten uitwisselen.
Onlangs heeft het team van professor Li Chuanfeng aan de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, in samenwerking met het team van professor Chen Jingling aan de Nankai Universiteit, geïnspireerd door deze theorie, de scheiding van de golf-deeltjesdualiteit vanOptiek, dat wil zeggen de ruimtelijke scheiding van golfeigenschappen van deeltjeseigenschappen, door experimenten te ontwerpen met verschillende vrijheidsgraden van fotonen en door gebruik te maken van zwakke meetmethoden gebaseerd op virtuele tijdsevolutie. De golfeigenschappen en deeltjeseigenschappen van fotonen worden gelijktijdig in verschillende gebieden waargenomen.
De resultaten zullen bijdragen aan een beter begrip van de basisconcepten van de kwantummechanica, de dualiteit van golven en deeltjes, en de zwakke meetmethode die hierbij wordt gebruikt zal daarnaast ideeën opleveren voor experimenteel onderzoek in de richting van kwantumprecisiemetingen en contrafactische communicatie.
| papierinformatie |
Li, J.K., Sun, K., Wang, Y. et al. Experimentele demonstratie van het scheiden van de golf-deeltjedualiteit van een enkel foton met de kwantum Cheshire cat. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Plaatsingstijd: 25-12-2023