الفصل التجريبي لازدواجية الموجة والجسيم

تعد خاصية الموجة والجسيم من الخصائص الأساسية للمادة في الطبيعة. في حالة الضوء، يعود الجدل حول ما إذا كان موجة أم جسيمًا إلى القرن السابع عشر. أسس نيوتن نظرية جسيمية مثالية نسبيًا للضوء في كتابهبصرياتمما جعل نظرية جسيمات الضوء تصبح النظرية السائدة منذ ما يقرب من قرن من الزمان. اعتقد هيجنز، وتوماس يونج، وماكسويل وآخرون أن الضوء عبارة عن موجة. حتى أوائل القرن العشرين، اقترح أينشتاين نظريةبصرياتالتفسير الكمي للكهروضوئيةالتأثير، مما جعل الناس يدركون أن الضوء له خصائص ازدواجية الموجة والجسيم. أشار بور لاحقًا في مبدأ التكامل الشهير إلى أن سلوك الضوء كموجة أو جسيم يعتمد على البيئة التجريبية المحددة، وأنه لا يمكن ملاحظة كلتا الخاصيتين في وقت واحد في تجربة واحدة. ومع ذلك، بعد أن اقترح جون ويلر تجربته الشهيرة في الاختيار المؤجل، استنادًا إلى نسختها الكمومية، ثبت نظريًا أن الضوء يمكن أن يجسد في الوقت نفسه حالة تراكب موجة وجسيم "لا موجة ولا جسيم، لا موجة ولا جسيم"، وهذا الغريب وقد لوحظت هذه الظاهرة في عدد كبير من التجارب. إن المراقبة التجريبية لتراكب الضوء الموجي والجسيمي تتحدى الحدود التقليدية لمبدأ التكامل لبور وتعيد تعريف مفهوم ازدواجية الموجة والجسيم.

في عام 2013، مستوحاة من قطة شيشاير في أليس في بلاد العجائب، أهارونوف وآخرون. اقترح نظرية القط شيشاير الكم. تكشف هذه النظرية عن ظاهرة فيزيائية جديدة للغاية، وهي أن جسد قطة شيشاير (الكيان المادي) يمكنه تحقيق الانفصال المكاني عن وجهه المبتسم (السمة المادية)، مما يجعل فصل السمة المادية والوجود ممكنًا. ثم لاحظ الباحثون ظاهرة قطة تشيشاير في كل من نظامي النيوترون والفوتون، ولاحظوا كذلك ظاهرة قطتين كميتين من شيشاير تتبادلان الوجوه المبتسمة.

في الآونة الأخيرة، وبإلهام من هذه النظرية، أدرك فريق البروفيسور لي تشوان فنغ في جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية، بالتعاون مع فريق البروفيسور تشين جينجلينغ في جامعة نانكاي، فصل ازدواجية الموجة والجسيمبصرياتأي الفصل المكاني لخصائص الموجة عن خصائص الجسيمات، من خلال تصميم تجارب باستخدام درجات مختلفة من حرية الفوتونات واستخدام تقنيات قياس ضعيفة تعتمد على التطور الزمني الافتراضي. يتم ملاحظة الخصائص الموجية وخصائص الجسيمات للفوتونات في وقت واحد في مناطق مختلفة.

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

| معلومات ورقية |

لي، JK.، صن، K.، وانغ، Y. وآخرون. عرض تجريبي لفصل ازدواجية الموجة والجسيم لفوتون واحد مع قطة شيشاير الكمومية. تطبيق Light Sci 12، 18 (2023).

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