Science >> Wetenschap >  >> Natuurkunde

Onderzoekers observeren de golf-deeltjesdualiteit van twee fotonen

Fig. 1. Schematische weergave van onze experimentele opstelling met behulp van de MZI voor observaties van WPS van fotonen. Credit:Zhong-Xiao Man

Het begrijpen van de aard van het gedrag van kwantumobjecten is het uitgangspunt voor een redelijke beschrijving van de kwantumwereld. Afhankelijk van of de interferentie al dan niet kan worden geproduceerd, is het kwantumobject begiftigd met dubbele kenmerken van een golf en een deeltje, d.w.z. de zogenaamde golf-deeltjes dualiteit (WPD), die over het algemeen worden waargenomen in de zogenaamde wederzijdse exclusieve experimentele arrangementen in de zin van het complementariteitsprincipe van Bohr.

Theoretisch natuurkundige John Wheeler stelde het uitgestelde-keuze-experiment in de jaren tachtig voor, erop wijzend dat de methoden die worden gebruikt om fotonen waar te nemen uiteindelijk zullen bepalen of hun gedrag als deeltjes of als golven zal zijn.

In 2011 stelden Ionicioiu en Terno een kwantumversie voor van het experiment met vertraagde keuze, waarmee het foton in een gesuperponeerde toestand van het deeltje en de golf kan worden gedwongen en een continue morphing tussen die twee kanten vertoont met verandering van de controlerende parameter van de ancilla.

In een recente studie gepubliceerd in Physical Review A hebben we een theorie ontwikkeld en experimenten uitgevoerd om het dubbele gedrag van één en twee fotonen als een golf of een deeltje te onderzoeken, waarbij we vertrouwen op de opstelling die schematisch is geschetst in figuur 1 en gedetailleerd wordt beschreven in figuur 2.

Fig. 2. Experimentele opstelling voor observaties van verschillende fotongedragingen. Credit:Zhong-Xiao Man

Door onze voorgestelde opstelling te gebruiken, konden we puur golfachtig of puur deeltjesachtig of golf-deeltje-superpositie-achtig gedrag van één foton of twee fotonen bekijken door een enkele klassieke controleparameter, α, aan te passen, die evenredig is met de reflectiviteit van de bundelsplitser die we aan de Mach-Zehnder-interferometer hebben toegevoegd.

We ontdekten dat de golflengten van zowel één als twee fotonen in de golf-deeltjes-superpositietoestanden hetzelfde blijven als die in de zuivere golftoestanden. De interferentiezichtbaarheid in het geval van twee fotonen is altijd lager dan die in het geval van één foton. Alle experimentele bevindingen komen perfect overeen met de theoretische voorspellingen, wat de relevantie van de door ons voorgestelde opstelling bevestigt.

Ons schema voor een experiment met uitgestelde keuze maakt gebruik van een apparaatonafhankelijk voorbereidings- en meetscenario om het model met verborgen variabelen te testen met puur klassieke controle. We hebben de overeenkomstige dimensiegetuigen berekend en de schending van de lineaire dimensiegetuige in een aantal parameters onthuld, wat de onmogelijkheid van modellen met verborgen variabelen aantoont. Hoewel we in dit werk fotonen hebben bekeken, gelden soortgelijke resultaten ook voor materiedeeltjes.

Dit verhaal maakt deel uit van Science X Dialog, waar onderzoekers bevindingen uit hun gepubliceerde onderzoeksartikelen kunnen rapporteren. Bezoek deze pagina voor informatie over ScienceX Dialog en hoe u kunt deelnemen.

Meer informatie: Qing-Feng Xue et al, Superposities van golf-deeltjes met één en twee fotonen:theorie en experiment, Physical Review A (2023). DOI:10.1103/PhysRevA.108.022223

Journaalinformatie: Fysieke beoordeling A

© 2024 Science X Netwerk. Alle rechten voorbehouden.




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Processen die ATP
  2. Parasitaire ooginfectie vormt een aanzienlijke bedreiging voor Britse honden, waarschuw experts
  3. Meerdere stressoren kunnen interactief leiden tot verslechtering van aquatische ecosystemen
  4. Wat zijn micro-expressies?
  5. Cellulaire ademhaling bij de mens
  6. Stervende zalm brengt de enorme viskwekerijindustrie van Noorwegen in moeilijkheden
  7. Natuurbehoud werkt, en we worden er steeds beter in, zegt nieuw onderzoek
  8. Voorbeelden van hittebestendige bacteriën
  9. Fysische en chemische eigenschappen van lipiden

Wetenschap