Tính chất sóng và hạt là hai tính chất cơ bản của vật chất trong tự nhiên.Trong trường hợp ánh sáng, cuộc tranh luận xem nó là sóng hay hạt đã có từ thế kỷ 17.Newton đã thiết lập một lý thuyết hạt ánh sáng tương đối hoàn hảo trong cuốn sách của ôngQuang học, khiến lý thuyết hạt ánh sáng trở thành lý thuyết chính thống trong gần một thế kỷ.Huygens, Thomas Young, Maxwell và những người khác tin rằng ánh sáng là sóng.Cho đến đầu thế kỷ 20, Einstein đã đề xuấtQuang họcgiải thích lượng tử củaquang điệnkhiến người ta nhận thấy ánh sáng có tính chất lưỡng tính sóng và hạt.Bohr sau đó đã chỉ ra trong nguyên lý bổ sung nổi tiếng của ông rằng ánh sáng hành xử như sóng hay hạt phụ thuộc vào môi trường thí nghiệm cụ thể, và cả hai tính chất này không thể được quan sát đồng thời trong một thí nghiệm duy nhất.Tuy nhiên, sau khi John Wheeler đề xuất thí nghiệm chọn lọc trễ nổi tiếng của ông, dựa trên phiên bản lượng tử của nó, người ta đã chứng minh về mặt lý thuyết rằng ánh sáng có thể đồng thời thể hiện trạng thái chồng chất sóng-hạt của “không phải sóng cũng không phải hạt, không phải sóng cũng không phải hạt”, và điều kỳ lạ này Hiện tượng này đã được quan sát thấy trong rất nhiều thí nghiệm.Quan sát thực nghiệm về sự chồng chất sóng-hạt của ánh sáng thách thức ranh giới truyền thống của nguyên lý bổ sung Bohr và xác định lại khái niệm lưỡng tính sóng-hạt.
Năm 2013, lấy cảm hứng từ chú mèo Cheshire trong Alice in Wonderland, Aharonov et al.đề xuất lý thuyết mèo Cheshire lượng tử.Lý thuyết này tiết lộ một hiện tượng vật lý rất mới lạ, đó là cơ thể (thực thể vật lý) của mèo Cheshire có thể nhận ra sự tách biệt không gian khỏi khuôn mặt cười (thuộc tính vật lý) của nó, khiến cho việc tách biệt thuộc tính vật chất và bản thể học trở nên khả thi.Sau đó, các nhà nghiên cứu quan sát hiện tượng mèo Cheshire trong cả hệ neutron và photon, đồng thời quan sát thêm hiện tượng hai con mèo Cheshire lượng tử trao đổi khuôn mặt tươi cười.
Gần đây, lấy cảm hứng từ lý thuyết này, nhóm của Giáo sư Li Chuanfeng tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, phối hợp với nhóm của Giáo sư Chen Jingling tại Đại học Nankai, đã nhận ra sự tách rời lưỡng tính sóng-hạt củaQuang học, nghĩa là sự phân tách không gian của các đặc tính sóng khỏi các đặc tính hạt, bằng cách thiết kế các thí nghiệm sử dụng các bậc tự do khác nhau của các photon và sử dụng các kỹ thuật đo yếu dựa trên sự tiến hóa thời gian ảo.Tính chất sóng và tính chất hạt của photon được quan sát đồng thời ở các vùng khác nhau.
Các kết quả sẽ giúp hiểu sâu hơn về khái niệm cơ bản của cơ học lượng tử, lưỡng tính sóng-hạt và phương pháp đo yếu được sử dụng cũng sẽ cung cấp ý tưởng cho nghiên cứu thực nghiệm theo hướng đo lường chính xác lượng tử và truyền thông phản thực tế.
|thông tin giấy |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. và cộng sự.Trình diễn thí nghiệm tách lưỡng tính sóng-hạt của một photon đơn lẻ với con mèo Cheshire lượng tử.Ứng dụng khoa học ánh sáng 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Thời gian đăng: 25-12-2023