Aalto- ja hiukkasominaisuudet ovat kaksi luonnossa esiintyvän aineen perusominaisuutta. Valon tapauksessa keskustelu siitä, onko se aalto vai hiukkas, juontaa juurensa 1600-luvulle. Newton loi suhteellisen täydellisen valon hiukkasteorian kirjassaanOptiikka, mikä teki valon hiukkasteoriasta valtavirtateorian lähes vuosisadan ajan. Huygens, Thomas Young, Maxwell ja muut uskoivat valon olevan aalto. 1900-luvun alkuun asti Einstein esittiOptiikkakvantti selitysvalosähköinenvaikutus, joka sai ihmiset ymmärtämään, että valolla on aalto- ja hiukkasdualismin ominaisuuksia. Bohr huomautti myöhemmin kuuluisassa komplementaarisuusperiaatteessaan, että valon käyttäytyminen aaltona vai hiukkasena riippuu tietystä kokeellisesta ympäristöstä, eikä molempia ominaisuuksia voida havaita samanaikaisesti yhdessä kokeessa. Kuitenkin sen jälkeen, kun John Wheeler ehdotti kuuluisaa viivästettyä valintakoettaan sen kvanttiversion perusteella, on teoreettisesti todistettu, että valo voi samanaikaisesti ilmentää aalto-hiukkas-superpositiotilaa "ei aalto eikä hiukkanen, ei aalto eikä hiukkanen", ja tätä outoa ilmiötä on havaittu suuressa määrässä kokeita. Valon aalto-hiukkas-superposition kokeellinen havainto haastaa Bohrin komplementaarisuusperiaatteen perinteiset rajat ja määrittelee uudelleen aalto-hiukkas-dualismin käsitteen.
Vuonna 2013 Aharonov ym. esittivät kvantti-cheshirenkissan teorian Liisa Ihmemaassa -kirjan inspiroimana. Tämä teoria paljastaa hyvin uudenlaisen fysikaalisen ilmiön, eli cheshirenkissan keho (fyysinen kokonaisuus) voi toteuttaa spatiaalisen eron hymyilevistä kasvoistaan (fyysisistä ominaisuuksista), mikä mahdollistaa materiaalisen ominaisuuden ja ontologian erottamisen. Tutkijat havaitsivat sitten cheshirenkissan ilmiön sekä neutroni- että fotonijärjestelmissä ja lisäksi ilmiön, jossa kaksi kvantti-cheshirenkissaa vaihtavat hymyileviä kasvoja.
Äskettäin tämän teorian inspiroimana professori Li Chuanfengin tiimi Kiinan tiede- ja teknologiayliopistossa on yhteistyössä professori Chen Jinglingin tiimin kanssa Nankain yliopistossa havainnut aalto-hiukkasdualismin eronOptiikkaeli aalto-ominaisuuksien ja hiukkasten ominaisuuksien spatiaalinen erottaminen suunnittelemalla kokeita, joissa käytetään fotonien eri vapausasteita ja heikkoja mittaustekniikoita, jotka perustuvat virtuaaliseen aikaevoluutioon. Fotonien aalto- ja hiukkasominaisuudet havaitaan samanaikaisesti eri alueilla.
Tulokset auttavat syventämään ymmärrystä kvanttimekaniikan peruskäsitteestä, aalto-hiukkasdualismista, ja käytetty heikko mittausmenetelmä antaa myös ideoita kokeelliseen tutkimukseen kvanttitarkkuusmittauksen ja kontrafaktuaalisen kommunikaation suunnassa.
| paperitiedot |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. ym. Yksittäisen fotonin aalto-hiukkas-dualismin erottamisen kokeellinen osoitus kvantti-Cheshire-katalogilla. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Julkaisun aika: 25.12.2023