Vlnové a částicové vlastnosti jsou dvě základní vlastnosti hmoty v přírodě. V případě světla se debata o tom, zda se jedná o vlnu nebo částici, datuje do 17. století. Newton ve své knizeOptika, díky čemuž se částicová teorie světla stala hlavní teorií na téměř století. Huygens, Thomas Young, Maxwell a další věřili, že světlo je vlnění. Až do začátku 20. století Einstein navrhlOptikakvantové vysvětlenífotoelektrickýefekt, který lidem pomohl uvědomit si, že světlo má vlastnosti duality vln a částic. Bohr později ve svém slavném principu komplementarity poukázal na to, že to, zda se světlo chová jako vlna nebo částice, závisí na specifickém experimentálním prostředí a že obě vlastnosti nelze pozorovat současně v jednom experimentu. Poté, co však John Wheeler navrhl svůj slavný experiment s opožděným výběrem, založený na jeho kvantové verzi, bylo teoreticky prokázáno, že světlo může současně ztělesňovat stav superpozice vln a částic „ani vlna, ani částice, ani vlna, ani částice“, a tento zvláštní jev byl pozorován ve velkém počtu experimentů. Experimentální pozorování superpozice vln a částic světla zpochybňuje tradiční hranici Bohrova principu komplementarity a nově definuje koncept duality vln a částic.
V roce 2013, inspirováni kočkou Cheshire z Alenky v říši divů, navrhli Aharonov a kol. kvantovou teorii kočky Cheshire. Tato teorie odhaluje velmi nový fyzikální jev, a to, že tělo kočky Cheshire (fyzická entita) může dosáhnout prostorového oddělení od svého usměvavého obličeje (fyzického atributu), což umožňuje oddělení materiálního atributu a ontologie. Vědci poté pozorovali fenomén kočky Cheshire v neutronovém i fotonovém systému a dále pozorovali fenomén dvou kvantových koček Cheshire, které si vyměňují úsměvy.
Nedávno, inspirovaný touto teorií, tým profesora Li Chuanfenga z Čínské univerzity vědy a techniky ve spolupráci s týmem profesora Chen Jinglinga z Nankajské univerzity realizoval oddělení duality vln a částicOptika, tj. prostorové oddělení vlnových vlastností od vlastností částic, návrhem experimentů s využitím různých stupňů volnosti fotonů a použitím slabých měřicích technik založených na evoluci virtuálního času. Vlnové a částicové vlastnosti fotonů jsou pozorovány současně v různých oblastech.
Výsledky pomohou prohloubit pochopení základních konceptů kvantové mechaniky, duality vln a částic a použité metody slabého měření. Zároveň poskytnou nápady pro experimentální výzkum ve směru kvantově přesného měření a kontrafaktuální komunikace.
informace na papíře
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. a kol. Experimentální demonstrace oddělení vlnově-částicové duality jediného fotonu pomocí kvantové Cheshire Cat. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Čas zveřejnění: 25. prosince 2023