การแยกคลื่น-อนุภาคแบบทดลอง

สมบัติของคลื่นและอนุภาคเป็นสมบัติพื้นฐานสองประการของสสารในธรรมชาติ ในกรณีของแสง การถกเถียงกันว่าแสงเป็นคลื่นหรืออนุภาคนั้นย้อนกลับไปถึงศตวรรษที่ 17 นิวตันได้สร้างทฤษฎีอนุภาคแสงที่ค่อนข้างสมบูรณ์แบบในหนังสือของเขาเลนส์ซึ่งทำให้ทฤษฎีอนุภาคของแสงกลายเป็นทฤษฎีกระแสหลักมานานเกือบศตวรรษ ฮอยเกนส์ โทมัส ยัง แมกซ์เวลล์ และคนอื่นๆ เชื่อว่าแสงเป็นคลื่น จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 ไอน์สไตน์เสนอทฤษฎีนี้เลนส์คำอธิบายเชิงควอนตัมของโฟโตอิเล็กทริกผลดังกล่าวทำให้ผู้คนตระหนักว่าแสงมีลักษณะของการมีคลื่นและอนุภาคคู่กัน ต่อมาโบร์ได้ชี้ให้เห็นในหลักการเสริมกันอันโด่งดังของเขาว่าไม่ว่าแสงจะประพฤติตัวเป็นคลื่นหรืออนุภาคขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการทดลองที่เฉพาะเจาะจง และคุณสมบัติทั้งสองอย่างไม่สามารถสังเกตได้พร้อมกันในการทดลองครั้งเดียว อย่างไรก็ตาม หลังจากที่จอห์น วีลเลอร์เสนอการทดลองการคัดเลือกที่ล่าช้าอันโด่งดังของเขาโดยอิงจากเวอร์ชันควอนตัม ได้มีการพิสูจน์ในเชิงทฤษฎีแล้วว่าแสงสามารถรวมสถานะการซ้อนทับคลื่นและอนุภาคได้พร้อมกันว่า "ไม่ใช่คลื่นหรืออนุภาค ไม่ใช่คลื่นหรืออนุภาค" และปรากฏการณ์ประหลาดนี้ได้รับการสังเกตในการทดลองจำนวนมาก การสังเกตการทดลองของการซ้อนทับคลื่นและอนุภาคของแสงท้าทายขอบเขตเดิมของหลักการเสริมกันของโบร์และนิยามแนวคิดของการมีคลื่นและอนุภาคคู่กันใหม่

ในปี 2013 Aharonov และคณะได้เสนอทฤษฎีแมวเชสเชียร์เชิงควอนตัม ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากแมวเชสเชียร์ในอลิซในแดนมหัศจรรย์ ทฤษฎีนี้เผยให้เห็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่แปลกใหม่มาก นั่นคือ ร่างกายของแมวเชสเชียร์ (องค์ประกอบทางกายภาพ) สามารถแยกออกจากใบหน้ายิ้ม (คุณลักษณะทางกายภาพ) ได้ ซึ่งทำให้สามารถแยกคุณลักษณะทางวัตถุและออนโทโลยีออกจากกันได้ จากนั้นนักวิจัยได้สังเกตปรากฏการณ์แมวเชสเชียร์ในระบบนิวตรอนและโฟตอน และสังเกตปรากฏการณ์แมวเชสเชียร์เชิงควอนตัมสองตัวที่แลกเปลี่ยนใบหน้ายิ้มกัน

เมื่อไม่นานนี้ ทีมของศาสตราจารย์ Li Chuanfeng จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากทฤษฎีนี้ ได้ร่วมมือกับทีมของศาสตราจารย์ Chen Jingling จากมหาวิทยาลัย Nankai เพื่อบรรลุการแยกความแตกต่างระหว่างคลื่นและอนุภาคเลนส์นั่นคือ การแยกคุณสมบัติของคลื่นจากคุณสมบัติของอนุภาคในเชิงพื้นที่ โดยการออกแบบการทดลองโดยใช้ระดับอิสระที่แตกต่างกันของโฟตอน และใช้เทคนิคการวัดที่อ่อนแอโดยอิงตามวิวัฒนาการของเวลาเสมือน คุณสมบัติของคลื่นและคุณสมบัติของอนุภาคของโฟตอนจะถูกสังเกตพร้อมกันในบริเวณต่างๆ

ผลลัพธ์นี้จะช่วยเพิ่มความเข้าใจในเชิงลึกเกี่ยวกับแนวคิดพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม ทวิลักษณ์คลื่น-อนุภาค และวิธีการวัดที่อ่อนแอที่ใช้ยังจะให้แนวคิดสำหรับการวิจัยเชิงทดลองในทิศทางของการวัดความแม่นยำของควอนตัมและการสื่อสารเชิงโต้แย้งอีกด้วย

| ข้อมูลเอกสาร |

Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. การสาธิตการทดลองของการแยกทวิภาคคลื่น-อนุภาคของโฟตอนเดี่ยวด้วยแมวเชสเชียร์เชิงควอนตัม Light Sci Appl 12, 18 (2023)

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