הפרדה ניסיונית של דואליות גל-חלקיק

תכונות גל וחלקיק הן שתי תכונות בסיסיות של חומר בטבע. במקרה של אור, הוויכוח האם מדובר בגל או בחלקיק החל עוד במאה ה-17. ניוטון קבע תיאוריית חלקיקים מושלמת יחסית של אור בספרו.אוֹפְּטִיקָה, מה שהפך את תורת החלקיקים של האור לתיאוריה המרכזית במשך כמעט מאה שנה. הויגנס, תומאס יאנג, מקסוול ואחרים האמינו שאור הוא גל. עד תחילת המאה ה-20, איינשטיין הציע אתאוֹפְּטִיקָההסבר קוונטי שלפוטואלקטריאפקט, שגרם לאנשים להבין שלאור יש את המאפיינים של דואליות גל וחלקיק. בוהר ציין מאוחר יותר, בעיקרון הקומפלמנטריות המפורסם שלו, כי התנהגות האור כגל או כחלקיק תלויה בסביבת הניסוי הספציפית, וכי לא ניתן לצפות בשני המאפיינים בו זמנית בניסוי אחד. עם זאת, לאחר שג'ון ווילר הציע את ניסוי הברירה המעוכבת המפורסם שלו, המבוסס על גרסתו הקוונטית, הוכח תיאורטית שאור יכול לגלם בו זמנית מצב סופרפוזיציה של גל-חלקיק של "לא גל ולא חלקיק, לא גל ולא חלקיק", ותופעה מוזרה זו נצפתה במספר רב של ניסויים. התצפית הניסויית של סופרפוזיציה של גל-חלקיק של אור מאתגרת את הגבול המסורתי של עקרון הקומפלמנטריות של בוהר ומגדירה מחדש את מושג הדואליות של גל-חלקיק.

בשנת 2013, בהשראת חתול צ'שייר ב"אליס בארץ הפלאות", הציעו אהרונוב ועמיתיו את תיאוריית חתול צ'שייר הקוונטית. תיאוריה זו חושפת תופעה פיזיקלית חדשה מאוד, כלומר, גופו של חתול הצ'שייר (ישות פיזית) יכול לממש הפרדה מרחבית מפניו המחייכות (תכונה פיזית), מה שמאפשר את ההפרדה בין תכונות חומריות לאונטולוגיה. לאחר מכן, החוקרים צפו בתופעת חתול הצ'שייר הן במערכות נויטרונים והן במערכות פוטונים, וכן צפו בתופעה של שני חתולי צ'שייר קוונטיים המחליפים פנים מחייכות.

לאחרונה, בהשראת תיאוריה זו, צוותו של פרופסור לי צ'ואנפנג באוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין, בשיתוף פעולה עם צוותו של פרופסור צ'ן ג'ינגלינג באוניברסיטת ננקאי, הבין את ההפרדה בין הדואליות גל-חלקיק שלאוֹפְּטִיקָה, כלומר, ההפרדה המרחבית של תכונות גל מתכונות חלקיקים, על ידי תכנון ניסויים המשתמשים בדרגות חופש שונות של פוטונים ושימוש בטכניקות מדידה חלשות המבוססות על התפתחות זמן וירטואלית. תכונות הגל ותכונות החלקיקים של פוטונים נצפות בו זמנית באזורים שונים.

התוצאות יסייעו להעמיק את ההבנה של המושג הבסיסי של מכניקת הקוונטים, הדואליות של גל-חלקיק, ושיטת המדידה החלשה בה נעשה שימוש תספק גם רעיונות למחקר ניסיוני בכיוון של מדידה מדויקת קוונטית ותקשורת נגדית.

| מידע על נייר |

לי, ג'יי.קיי., סאן, ק'., וואנג, י' ואחרים. הדגמה ניסויית של הפרדת הדואליות גל-חלקיק של פוטון בודד עם חתול צ'שייר הקוונטי. Light Sci Appl 12, 18 (2023).

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