中國海洋大學研究成果加深對波粒二象性和互補原理的理解—新聞...

2020-12-15 科學網
中國海洋大學研究成果加深對波粒二象性和互補原理的理解

 

近日，中國海洋大學教授顧永建 「海洋量子技術」團隊在量子力學基礎問題研究方面取得新進展，該研究團隊成員發現，在楊氏雙縫實驗中引入路徑測量時，波姆理論提供了一種有效的方法來從實驗上檢驗光子的「軌跡」。這對量子力學基礎問題的研究具有重要的作用，並且有助於加深人們對波粒二象性和互補原理的理解。該研究成果在線發表於國際頂級學術期刊Science子刊Science Advances（《科學·進展》）。

楊氏雙縫實驗是物理學的經典實驗。在楊氏雙縫實驗中，當人們對光子進行路徑測量來識別它具體從哪個狹縫通過時，不可避免地會破壞幹涉條紋的可見度。在學術界關於這個測量過程中幹涉條紋的可見度與光子的動量擾動之間的關係一直存在激烈的爭論，主要原因是人們使用了不同的動量改變量的定義。為了更深入地研究這個問題，就需要找到一個更加普適的方法來量化光子的動量變化。波姆力學提供了一種有效的方法來解決這一問題。在波姆理論中，粒子在任意時刻都具有明確的位置和動量，它沿著一條確定的軌跡演化。因此即使粒子的初態不是動量的本徵態，研究人員仍然可以計算出粒子的動量改變量。此外，光子的平均軌跡在實驗上可以用弱測量的方法重構出來。

基于波姆理論，利用弱測量技術，肖芽副教授等研究人員前期在楊氏雙縫幹涉裝置中實現了光子軌跡非局域導引 [Optics Express 25, 14463-14472 (2017)]。在本論文中，他們進一步把光子的軌跡重構到8.6米遠。然後，採用其澳大利亞合作者Howard M. Wiseman提出來的波姆動量概率分布來量化路徑探測過程中光子的動量改變量。通過對比有無路徑測量時的光子動量，他們觀測到光子總的動量改變量的絕對值在近場時很小，但是會隨著傳播距離的增加而增加，展現了動量的非局域累加過程。在遠場時，他們進一步驗證了光子動量改變量的絕對值與幹涉條紋可見度之間的量化關係。實驗結果表明隨著動量改變量的增加，幹涉條紋可見度將隨之下降。

論文地址：DOI: 10.1126/sciadv.aav9547

https://advances.sciencemag.org/content/5/6/eaav9547

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