الفصل التجريبي لازدواجية الموجة والجسيم

تُعدّ خاصيتا الموجة والجسيم من الخصائص الأساسية للمادة في الطبيعة. وفي حالة الضوء، يعود الجدل حول ما إذا كان موجة أم جسيمًا إلى القرن السابع عشر. وقد وضع نيوتن نظرية جسيمية مثالية نسبيًا للضوء في كتابهبصرياتمما جعل نظرية الجسيمات للضوء النظرية السائدة لما يقرب من قرن. كان هيغنز وتوماس يونغ وماكسويل وغيرهم يعتقدون أن الضوء موجة. وحتى أوائل القرن العشرين، اقترح أينشتاين...بصرياتالتفسير الكمي لـكهروضوئيأدى هذا التأثير إلى إدراك الناس أن للضوء خصائص ازدواجية الموجة والجسيم. وأشار بور لاحقًا في مبدأ التكاملية الشهير إلى أن سلوك الضوء، سواءً كان موجةً أو جسيمًا، يعتمد على البيئة التجريبية المحددة، وأنه لا يمكن رصد كلتا الخاصيتين معًا في تجربة واحدة. ومع ذلك، بعد أن اقترح جون ويلر تجربته الشهيرة للاختيار المؤجل، استنادًا إلى نسختها الكمومية، ثبت نظريًا أن الضوء يمكن أن يجسد في آنٍ واحد حالة تراكب الموجة والجسيم، أي "لا موجة ولا جسيم، لا موجة ولا جسيم"، وقد رُصدت هذه الظاهرة الغريبة في عدد كبير من التجارب. إن الرصد التجريبي لتراكب الموجة والجسيم للضوء يتحدى الحدود التقليدية لمبدأ التكاملية لبور، ويعيد تعريف مفهوم ازدواجية الموجة والجسيم.

في عام ٢٠١٣، استلهم أهارونوف وزملاؤه من قط شيشاير في رواية أليس في بلاد العجائب، فاقترحوا نظرية قط شيشاير الكمومية. تكشف هذه النظرية عن ظاهرة فيزيائية جديدة، وهي أن جسد قط شيشاير (الكيان المادي) قادر على الانفصال المكاني عن وجهه المبتسم (الصفة الفيزيائية)، مما يجعل فصل الصفة المادية عن الوجود ممكنًا. ثم رصد الباحثون ظاهرة قط شيشاير في كل من أنظمة النيوترونات والفوتونات، ورصدوا كذلك ظاهرة تبادل قطتين كموميتين من قط شيشاير للوجوه المبتسمة.

في الآونة الأخيرة، واستلهاماً من هذه النظرية، حقق فريق البروفيسور لي تشوانفينغ في جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية، بالتعاون مع فريق البروفيسور تشن جينغلينغ في جامعة نانكاي، فصل ازدواجية الموجة والجسيم.بصرياتأي الفصل المكاني بين خصائص الموجة وخصائص الجسيم، وذلك من خلال تصميم تجارب تستخدم درجات حرية مختلفة للفوتونات، وباستخدام تقنيات قياس ضعيفة تعتمد على التطور الزمني الافتراضي. وتُلاحَظ خصائص الموجة وخصائص الجسيم للفوتونات في آنٍ واحد في مناطق مختلفة.

ستساعد النتائج على تعميق فهم المفهوم الأساسي لميكانيكا الكم، وازدواجية الموجة والجسيم، كما أن طريقة القياس الضعيفة المستخدمة ستوفر أفكارًا للبحث التجريبي في اتجاه قياس الدقة الكمومية والتواصل المضاد للواقع.

| معلومات عن الورق |

Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Experimental proof of separateting the wave-give of a single photon with the quantum Cheshire cat. Light Sci Appl 12, 18 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5