Golf- en deeltjeseigenschappen zijn twee basiseigenschappen van materie in de natuur.In het geval van licht dateert het debat over de vraag of het een golf of een deeltje is, uit de 17e eeuw.Newton heeft in zijn boek een relatief perfecte deeltjestheorie van licht opgesteldOptiek, waardoor de deeltjestheorie van licht bijna een eeuw lang de mainstream-theorie werd.Huygens, Thomas Young, Maxwell en anderen geloofden dat licht een golf was.Tot het begin van de 20e eeuw stelde Einstein het volgende voorOptiekkwantumverklaring van defoto-elektrischeffect, waardoor mensen zich realiseerden dat licht de kenmerken heeft van dualiteit van golven en deeltjes.Bohr wees er later in zijn beroemde complementariteitsprincipe op dat de vraag of licht zich als een golf of als een deeltje gedraagt, afhankelijk is van de specifieke experimentele omgeving, en dat beide eigenschappen niet tegelijkertijd in één experiment kunnen worden waargenomen.Nadat John Wheeler echter zijn beroemde uitgestelde selectie-experiment had voorgesteld, gebaseerd op de kwantumversie ervan, is het theoretisch bewezen dat licht tegelijkertijd een golf-deeltje-superpositietoestand kan belichamen van ‘noch golf noch deeltje, noch golf noch deeltje’, en deze vreemde fenomeen is waargenomen in een groot aantal experimenten.De experimentele observatie van de superpositie van licht tussen golven en deeltjes daagt de traditionele grens van Bohrs complementariteitsprincipe uit en herdefinieert het concept van dualiteit tussen golven en deeltjes.
In 2013, geïnspireerd door de Cheshire-kat in Alice in Wonderland, Aharonov et al.stelde de kwantumkattheorie van Cheshire voor.Deze theorie onthult een heel nieuw fysiek fenomeen, namelijk dat het lichaam van de Cheshire-kat (fysieke entiteit) een ruimtelijke scheiding kan realiseren van zijn smileygezicht (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 fotonsystemen, en observeerden verder het fenomeen van twee kwantum-Cheshire-katten die lachende gezichten uitwisselden.
Onlangs, geïnspireerd door deze theorie, 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, de scheiding gerealiseerd van de golf-deeltjes dualiteit vanOptiek, dat wil zeggen, de ruimtelijke scheiding van golfeigenschappen en deeltjeseigenschappen, door experimenten te ontwerpen met behulp van verschillende vrijheidsgraden van fotonen en door gebruik te maken van zwakke meettechnieken gebaseerd op virtuele tijdsevolutie.De golfeigenschappen en deeltjeseigenschappen van fotonen worden gelijktijdig in verschillende gebieden waargenomen.
De resultaten zullen helpen het begrip van het basisconcept van de kwantummechanica, de dualiteit van golven en deeltjes, te verdiepen, en de gebruikte zwakke meetmethode zal ook ideeën opleveren voor experimenteel onderzoek in de richting van kwantumprecisiemeting en contrafeitelijke communicatie.
|papieren informatie |
Li, JK., Zon, K., Wang, Y. et al.Experimentele demonstratie van het scheiden van de dualiteit van golven en deeltjes van een enkel foton met de kwantum Cheshire-kat.Light Sci-appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Posttijd: 25 december 2023