การทดลองแยกความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาค

คุณสมบัติของคลื่นและอนุภาคเป็นคุณสมบัติพื้นฐานสองประการของสสารในธรรมชาติ ในกรณีของแสง การถกเถียงกันว่าเป็นคลื่นหรืออนุภาคนั้นมีมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 นิวตันได้สร้างทฤษฎีอนุภาคแสงที่ค่อนข้างสมบูรณ์แบบไว้ในหนังสือของเขาเลนส์ซึ่งทำให้ทฤษฎีอนุภาคของแสงกลายเป็นทฤษฎีกระแสหลักมาเกือบศตวรรษ ฮอยเกนส์, โธมัส ยัง, แม็กซ์เวลล์ และคนอื่นๆ เชื่อว่าแสงคือคลื่น จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 ไอน์สไตน์ได้เสนอแนวคิดเลนส์คำอธิบายควอนตัมของตาแมวซึ่งทำให้ผู้คนตระหนักว่าแสงมีลักษณะเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาค บอร์ชี้ให้เห็นในหลักการเสริมอันโด่งดังของเขาในเวลาต่อมาว่าแสงจะมีพฤติกรรมเป็นคลื่นหรืออนุภาคนั้นขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมในการทดลองที่เฉพาะเจาะจง และคุณสมบัติทั้งสองไม่สามารถสังเกตได้พร้อมกันในการทดลองครั้งเดียว อย่างไรก็ตาม หลังจากที่จอห์น วีลเลอร์เสนอการทดลองคัดเลือกล่าช้าที่มีชื่อเสียงของเขา โดยอิงตามเวอร์ชันควอนตัมของมัน มันได้รับการพิสูจน์ทางทฤษฎีแล้วว่าแสงสามารถรวบรวมสถานะการทับซ้อนของอนุภาคคลื่นเป็น "ทั้งคลื่นและอนุภาค ทั้งคลื่นและอนุภาค" และสิ่งแปลกประหลาดนี้ ปรากฏการณ์นี้ถูกสังเกตจากการทดลองจำนวนมาก การสังเกตเชิงทดลองของการซ้อนทับของอนุภาคคลื่นของแสงท้าทายขอบเขตดั้งเดิมของหลักการเสริมกันของบอร์ และกำหนดแนวคิดใหม่เกี่ยวกับความเป็นคู่ของอนุภาคของคลื่น

ในปี 2013 Aharonov และคณะ ได้รับแรงบันดาลใจจากแมวเชสเชียร์ใน Alice in Wonderland เสนอทฤษฎีแมวเชสเชียร์ควอนตัม ทฤษฎีนี้เผยให้เห็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่แปลกใหม่ กล่าวคือ ร่างกายของแมวเชสเชียร์ (เอนทิตีทางกายภาพ) สามารถตระหนักถึงการแยกเชิงพื้นที่จากใบหน้าที่ยิ้ม (คุณลักษณะทางกายภาพ) ซึ่งทำให้การแยกคุณลักษณะทางวัตถุและภววิทยาเป็นไปได้ จากนั้น นักวิจัยได้สังเกตปรากฏการณ์แมวเชสเชียร์ทั้งในระบบนิวตรอนและโฟตอน และยังได้สังเกตปรากฏการณ์แมวเชสเชียร์ควอนตัมสองตัวที่แลกเปลี่ยนใบหน้าที่ยิ้มแย้มกัน

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมของศาสตราจารย์ Li Chuanfeng จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน ได้รับแรงบันดาลใจจากทฤษฎีนี้ ร่วมกับทีมของศาสตราจารย์ Chen Jingling จากมหาวิทยาลัย Nankai ได้ตระหนักถึงการแยกความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นของเลนส์กล่าวคือ การแยกเชิงพื้นที่ของคุณสมบัติของคลื่นจากคุณสมบัติของอนุภาค โดยการออกแบบการทดลองโดยใช้ระดับความอิสระของโฟตอนที่แตกต่างกัน และใช้เทคนิคการวัดแบบอ่อนตามวิวัฒนาการของเวลาเสมือน คุณสมบัติของคลื่นและคุณสมบัติของอนุภาคของโฟตอนจะถูกสังเกตพร้อมกันในภูมิภาคต่างๆ

ผลลัพธ์ที่ได้จะช่วยให้เข้าใจแนวคิดพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม ความเป็นคู่ของคลื่น-อนุภาค และวิธีการตรวจวัดแบบอ่อนที่ใช้ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ยังให้แนวคิดสำหรับการวิจัยเชิงทดลองในทิศทางของการวัดความแม่นยำของควอนตัมและการสื่อสารต่อต้านข้อเท็จจริง

- ข้อมูลกระดาษ |

Li, JK., Sun, K., Wang, Y. และคณะ การสาธิตการทดลองการแยกความเป็นคู่ของคลื่น - อนุภาคของโฟตอนเดี่ยวด้วยควอนตัมเชสเชียร์แคท Light Sci Appl 12, 18 (2023)

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