科學網—新方法檢測光子「軌跡」

2020-11-26 科學網

 

本報訊（記者廖洋 通訊員李華昌）近日，中國海洋大學教授顧永建團隊研究發現，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方法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作用，有助於加深人們對波粒二象性和互補原理的理解。相關研究成果在線發表於《科學進展》。

楊氏雙縫實驗是物理學的經典實驗——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。學術界對於幹涉條紋的可見度與光子的動量擾動間的關係一直存在爭論，主要原因在於人們使用了不同的動量改變量的定義。

波姆力學提供了一種量化光子動量變化的有效方法——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，仍可計算出粒子的動量改變量。此外，光子的平均軌跡在實驗中可用弱測量的方法重構出來。

研究人員此前在楊氏雙縫幹涉裝置中實現了光子軌跡非局域導引，這一次他們進一步把光子的軌跡重構到8.6米，並採用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，他們發現光子總的動量改變量的絕對值在近場時很小，但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，研究人員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，幹涉條紋可見度將下降。

相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aav9547

《中國科學報》 (2019-08-02 第3版 綜合)

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