Wellen- und Teilcheneigenschaften sind zwei grundlegende Eigenschaften der Materie in der Natur.Im Fall von Licht reicht die Debatte darüber, ob es sich um eine Welle oder ein Teilchen handelt, bis ins 17. Jahrhundert zurück.Newton stellte in seinem Buch eine relativ perfekte Teilchentheorie des Lichts aufOptik, wodurch die Teilchentheorie des Lichts fast ein Jahrhundert lang zur Mainstream-Theorie wurde.Huygens, Thomas Young, Maxwell und andere glaubten, dass Licht eine Welle sei.Bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts schlug Einstein vorOptikQuantenerklärung derfotoelektrischEffekt, der den Menschen klar machte, dass Licht die Eigenschaften einer Wellen- und Teilchendualität aufweist.Bohr wies später in seinem berühmten Komplementaritätsprinzip darauf hin, dass es von der spezifischen experimentellen Umgebung abhängt, ob sich Licht wie eine Welle oder wie ein Teilchen verhält, und dass beide Eigenschaften nicht gleichzeitig in einem einzigen Experiment beobachtet werden können.Nachdem John Wheeler jedoch sein berühmtes Experiment zur verzögerten Selektion vorschlug, das auf seiner Quantenversion basiert, wurde theoretisch bewiesen, dass Licht gleichzeitig einen Welle-Teilchen-Überlagerungszustand „weder Welle noch Teilchen, weder Welle noch Teilchen“ verkörpern kann, und das ist seltsam Dieses Phänomen wurde in zahlreichen Experimenten beobachtet.Die experimentelle Beobachtung der Welle-Teilchen-Überlagerung von Licht stellt die traditionelle Grenze des Bohrschen Komplementaritätsprinzips in Frage und definiert das Konzept der Welle-Teilchen-Dualität neu.
Im Jahr 2013, inspiriert von der Grinsekatze in Alice im Wunderland, haben Aharonov et al.schlug die Quantentheorie der Grinsekatze vor.Diese Theorie offenbart ein sehr neuartiges physikalisches Phänomen, nämlich dass der Körper (physische Einheit) der Grinsekatze eine räumliche Trennung von ihrem Smiley (physisches Attribut) realisieren kann, was die Trennung von materiellem Attribut und Ontologie ermöglicht.Anschließend beobachteten die Forscher das Cheshire-Katzen-Phänomen sowohl in Neutronen- als auch in Photonensystemen und beobachteten außerdem das Phänomen, dass zwei Quanten-Cheshire-Katzen lächelnde Gesichter austauschten.
Vor kurzem hat das Team von Professor Li Chuanfeng an der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas, inspiriert von dieser Theorie, in Zusammenarbeit mit dem Team von Professor Chen Jingling an der Nankai-Universität die Trennung der Welle-Teilchen-Dualität von realisiertOptik, das heißt die räumliche Trennung von Welleneigenschaften von Teilcheneigenschaften, durch die Gestaltung von Experimenten unter Verwendung unterschiedlicher Freiheitsgrade von Photonen und unter Verwendung schwacher Messtechniken, die auf virtueller Zeitentwicklung basieren.Die Welleneigenschaften und Teilcheneigenschaften von Photonen werden gleichzeitig in verschiedenen Regionen beobachtet.
Die Ergebnisse werden dazu beitragen, das Verständnis des Grundkonzepts der Quantenmechanik, der Welle-Teilchen-Dualität, zu vertiefen, und die verwendete schwache Messmethode wird auch Anregungen für die experimentelle Forschung in Richtung Quantenpräzisionsmessung und kontrafaktische Kommunikation liefern.
|Papierinformationen |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al.Experimentelle Demonstration der Trennung des Welle-Teilchen-Duals eines einzelnen Photons mit der Quanten-Grinsekatze.Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 25. Dezember 2023