Les propietats d'ona i partícula són dues propietats bàsiques de la matèria a la natura. En el cas de la llum, el debat sobre si és una ona o una partícula es remunta al segle XVII. Newton va establir una teoria de partícules de la llum relativament perfecta al seu llibreÒptica, que va fer que la teoria de partícules de la llum es convertís en la teoria principal durant gairebé un segle. Huygens, Thomas Young, Maxwell i altres creien que la llum era una ona. Fins a principis del segle XX, Einstein va proposar laÒpticaexplicació quàntica de lafotoelèctricefecte, que va fer que la gent s'adonés que la llum té les característiques de la dualitat ona-partícula. Bohr va assenyalar més tard en el seu famós principi de complementarietat que si la llum es comporta com una ona o una partícula depèn de l'entorn experimental específic, i que ambdues propietats no es poden observar simultàniament en un sol experiment. Tanmateix, després que John Wheeler proposés el seu famós experiment de selecció retardada, basat en la seva versió quàntica, s'ha demostrat teòricament que la llum pot encarnar simultàniament un estat de superposició ona-partícula de "ni ona ni partícula, ni ona ni partícula", i aquest estrany fenomen s'ha observat en un gran nombre d'experiments. L'observació experimental de la superposició ona-partícula de la llum desafia el límit tradicional del principi de complementarietat de Bohr i redefineix el concepte de dualitat ona-partícula.
El 2013, inspirats pel gat de Cheshire d'Alícia al país de les meravelles, Aharonov i els seus col·laboradors van proposar la teoria quàntica del gat de Cheshire. Aquesta teoria revela un fenomen físic molt nou, és a dir, el cos del gat de Cheshire (entitat física) pot aconseguir una separació espacial de la seva cara somrient (atribut físic), cosa que fa possible la separació de l'atribut material i l'ontologia. Els investigadors van observar el fenomen del gat de Cheshire tant en sistemes de neutrons com de fotons, i van observar a més el fenomen de dos gats quàntics de Cheshire intercanviant cares somrients.
Recentment, inspirat per aquesta teoria, l'equip del professor Li Chuanfeng a la Universitat de Ciència i Tecnologia de la Xina, en col·laboració amb l'equip del professor Chen Jingling a la Universitat de Nankai, ha aconseguit la separació de la dualitat ona-partícula deÒptica, és a dir, la separació espacial de les propietats de l'ona de les propietats de les partícules, mitjançant el disseny d'experiments utilitzant diferents graus de llibertat dels fotons i l'ús de tècniques de mesura febles basades en l'evolució del temps virtual. Les propietats de l'ona i les propietats de les partícules dels fotons s'observen simultàniament en diferents regions.
Els resultats ajudaran a aprofundir en la comprensió del concepte bàsic de la mecànica quàntica, la dualitat ona-partícula, i el mètode de mesura feble utilitzat també proporcionarà idees per a la recerca experimental en la direcció de la mesura quàntica de precisió i la comunicació contrafactual.
| informació en paper |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Demostració experimental de la separació de la dualitat ona-partícula d'un sol fotó amb la catalizadora quàntica de Cheshire. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Data de publicació: 25 de desembre de 2023