Golf- en deeltjeseigenschappen zijn twee fundamentele eigenschappen 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 van licht in zijn boek.Optiekwaardoor de deeltjestheorie van licht bijna een eeuw lang de gangbare theorie werd. Huygens, Thomas Young, Maxwell en anderen geloofden dat licht een golf was. Tot het begin van de 20e eeuw stelde Einstein de volgende theorie voor:Optiekkwantumverklaring van defoto-elektrischDit effect deed mensen beseffen dat licht de kenmerken van golf- en deeltjesdualiteit bezit. Bohr wees er later in zijn beroemde complementariteitsprincipe op dat of licht zich als een golf of als een deeltje gedraagt, afhangt van de specifieke experimentele omstandigheden, en dat beide eigenschappen niet gelijktijdig in één experiment kunnen worden waargenomen. Nadat John Wheeler echter zijn beroemde experiment met vertraagde selectie voorstelde, is op basis van de kwantumversie ervan theoretisch bewezen dat licht tegelijkertijd een golf-deeltjessuperpositietoestand kan aannemen van "noch golf noch deeltje, noch golf noch deeltje", en dit vreemde fenomeen is in een groot aantal experimenten waargenomen. De experimentele waarneming van golf-deeltjessuperpositie van licht daagt de traditionele grenzen van Bohrs complementariteitsprincipe uit en herdefinieert het concept van golf-deeltjesdualiteit.
In 2013, geïnspireerd door de Cheshire Cat uit Alice in Wonderland, stelden Aharonov et al. de kwantum-Cheshire Cat-theorie voor. Deze theorie onthult een zeer nieuw fysisch fenomeen: het lichaam van de Cheshire Cat (fysische entiteit) kan ruimtelijk gescheiden worden van zijn lachende gezicht (fysisch attribuut), waardoor de scheiding van materiële attributen en ontologie mogelijk wordt. De onderzoekers observeerden vervolgens het Cheshire Cat-fenomeen in zowel neutronen- als fotonensystemen, en observeerden bovendien het fenomeen waarbij twee kwantum-Cheshire Cats lachende gezichten uitwisselen.
Onlangs heeft het team van professor Li Chuanfeng aan de Chinese Universiteit voor Wetenschap en Technologie, in samenwerking met het team van professor Chen Jingling aan de Nankai Universiteit, zich laten inspireren door deze theorie en de scheiding van de golf-deeltjesdualiteit gerealiseerd.OptiekDat wil zeggen, de ruimtelijke scheiding van golfeigenschappen van deeltjeseigenschappen, door experimenten te ontwerpen met verschillende vrijheidsgraden van fotonen en door zwakke meettechnieken te gebruiken die gebaseerd zijn 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 en de golf-deeltjesdualiteit. De gebruikte zwakke meetmethode zal bovendien aanknopingspunten bieden voor experimenteel onderzoek naar kwantumprecisiemetingen en contrafeitelijke communicatie.
| papierinformatie |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Experimentele demonstratie van het scheiden van de golf-deeltjesdualiteit van een enkel foton met de kwantum-Cheshire-kat. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Geplaatst op: 25 december 2023