جداسازی تجربی دوگانگی موج-ذره

خاصیت موج و ذره دو ویژگی اساسی ماده در طبیعت هستند. در مورد نور، بحث بر سر موج یا ذره بودن آن به قرن هفدهم باز می گردد. نیوتن یک نظریه نسبتاً کامل ذرات نور را در کتاب خود ایجاد کرداپتیک، که باعث شد نظریه ذرات نور برای نزدیک به یک قرن به نظریه اصلی تبدیل شود. هویگنز، توماس یانگ، ماکسول و دیگران معتقد بودند که نور یک موج است. تا اوایل قرن بیستم، انیشتین پیشنهاد داداپتیکتوضیح کوانتومیفوتوالکتریکاثری که باعث شد مردم متوجه شوند که نور دارای ویژگی های دوگانگی موج و ذره است. بور بعداً در اصل مکملیت معروف خود اشاره کرد که این که نور به صورت موج یا ذره رفتار کند بستگی به محیط آزمایشی خاص دارد و این که هر دو ویژگی را نمی توان به طور همزمان در یک آزمایش مشاهده کرد. با این حال، پس از اینکه جان ویلر آزمایش انتخاب تأخیری معروف خود را بر اساس نسخه کوانتومی آن پیشنهاد کرد، از نظر تئوری ثابت شد که نور می‌تواند به طور همزمان حالت برهم‌نهی موج-ذره «نه موج نه ذره، نه موج و نه ذره» را تجسم کند و این عجیب است. این پدیده در تعداد زیادی از آزمایش ها مشاهده شده است. مشاهده تجربی برهم نهی موج-ذره نور، مرز سنتی اصل مکمل بودن بور را به چالش می کشد و مفهوم دوگانگی موج-ذره را دوباره تعریف می کند.

در سال 2013، آهارونوف و همکاران با الهام از گربه چشایر در آلیس در سرزمین عجایب. نظریه کوانتومی گربه Cheshire را ارائه کرد. این نظریه یک پدیده فیزیکی بسیار بدیع را آشکار می کند، یعنی بدن گربه چشایر (موجود فیزیکی) می تواند جدایی فضایی از صورتک (خصلت فیزیکی) خود را درک کند، که جداسازی صفت مادی و هستی شناسی را ممکن می کند. محققان سپس پدیده گربه Cheshire را در هر دو سیستم نوترونی و فوتون مشاهده کردند و همچنین پدیده دو گربه کوانتومی Cheshire را مشاهده کردند که چهره های خندان را با هم تبادل می کنند.

اخیراً با الهام از این نظریه، تیم پروفسور لی چوان فنگ در دانشگاه علم و صنعت چین، با همکاری تیم پروفسور چن جینگلینگ در دانشگاه نانکای، به جدایی دوگانگی موج-ذره پی برده اند.اپتیکیعنی جداسازی مکانی خواص موج از خواص ذرات، با طراحی آزمایش‌هایی با استفاده از درجات مختلف آزادی فوتون‌ها و با استفاده از تکنیک‌های اندازه‌گیری ضعیف بر اساس تکامل زمان مجازی. خواص موج و خواص ذرات فوتون ها به طور همزمان در مناطق مختلف مشاهده می شود.

نتایج به تعمیق درک مفهوم اساسی مکانیک کوانتومی، دوگانگی موج-ذره، و روش اندازه‌گیری ضعیف استفاده شده نیز ایده‌هایی را برای تحقیقات تجربی در جهت اندازه‌گیری دقیق کوانتومی و ارتباطات خلاف واقع ارائه می‌دهد.

| اطلاعات کاغذی |

Li، JK.، Sun، K.، وانگ، Y. و همکاران. نمایش تجربی جداسازی دوگانگی موج-ذره یک فوتون با گربه کوانتومی چشایر. Light Sci Appl 12, 18 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5