การทดลองควอนตัมผ่าการผสมคลื่นอนุภาค

การทดลองใหม่จับกลุ่มของแสงที่แปรเปลี่ยนระหว่างคลื่นและอนุภาคเผยแพร่ใน April Physical Review Aการทดลองผ่าพัลส์แสงที่เกี่ยวข้องกับโฟตอนเดียวเพื่อแสดงส่วนประกอบที่เหมือนคลื่นและอนุภาค ผลการวิจัยเพิ่มหลักฐานล่าสุดที่ชี้ให้เห็นว่าในขณะที่แมวของชโรดิงเงอร์สามารถตายและมีชีวิตอยู่ได้ในเวลาเดียวกัน แสงสามารถเป็นอนุภาคและคลื่นพร้อมกันในระดับควอนตัม ผลการวิจัยยังชี้ให้เห็นถึงความละเอียดอ่อนของหลักการพื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัมเกี่ยวกับความไม่เต็มใจที่เห็นได้ชัดของแสงที่จะแสดงใบหน้าของอนุภาคและคลื่นในเวลาเดียวกัน

ความสามารถของแสงในการสลับไปมาระหว่างคลื่น

และอนุภาคนั้นเป็นที่ยอมรับกันดี คลื่นแสงที่ปะทะกับปริซึมจะกระจายตัวเป็นสีรุ้ง อนุภาคของแสงหรือโฟตอน ชนพิกเซลอิเล็กทรอนิกส์ภายในกล้องดิจิทัลเพื่อสร้างภาพ แต่ในขณะที่แสงสามารถแสดงลักษณะของอนุภาคและคลื่นได้ นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Niels Bohr ได้ตั้งทฤษฎีในปี 1927 ว่าแสงสามารถประพฤติตัวเป็นแบบอย่างใดอย่างหนึ่งในการทดลองที่กำหนดเท่านั้น ( SN Online: 9/15/14 )

การวิจัยครั้งต่อมาทำให้เกิดแนวคิดของบอร์ แม้ว่าการเลือกสังเกตคลื่นหรืออนุภาคจะเกิดขึ้นหลังจากที่แสงเข้าสู่เครื่องมือทดลองแล้วก็ตาม ในการทดลองทางเลือกล่าช้า นักฟิสิกส์ฉีดโฟตอนเข้าไปในอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ โฟตอนพบตัวแยกลำแสงซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นกระจกที่ไม่สมบูรณ์ โฟตอนจะผ่านและออกทางหนึ่งหรือถูกสะท้อนและออกจากเส้นทางที่สอง นั่นเป็นพฤติกรรมที่เหมือนอนุภาคอย่างสมบูรณ์

อนุภาคหรือคลื่น?

นักวิจัยชาวจีนใช้การทดลองทางเลือกล่าช้า (มีภาพประกอบ) เวอร์ชันดัดแปลงเพื่อจับภาพโฟตอนที่แปรเปลี่ยนระหว่างคลื่นและอนุภาค โฟตอนเข้ามาทางซ้าย พบตัวแยกลำแสงและทำตัวเหมือนอนุภาค ใช้หนึ่งในสองเส้นทางก่อนที่จะถึงเครื่องตรวจจับ D1 หรือ D2 แต่ถ้าเพิ่มตัวแยกลำแสงที่สอง (เอาต์พุต) แม้ว่าโฟตอนจะผ่านตัวแยกลำแสงตัวแรกแล้ว โฟตอนจะทำหน้าที่เหมือนคลื่นและดูเหมือนว่าจะใช้ทั้งสองเส้นทาง

เครดิต: M. Telfer

สิ่งที่จับได้ก็คือเมื่อโฟตอนล้างตัวแยกลำแสงแล้ว ผู้ทดลองอาจวางตัวแยกลำแสงอีกตัวไว้ที่จุดต่อมาโดยที่เส้นทางทั้งสองตัดกัน โดยการเจาะเข้าไปในอุปกรณ์เพิ่มเติมชิ้นนี้ โฟตอนจะมีพฤติกรรมเหมือนคลื่นโดยฉับพลัน ซึ่งจะถูกแบ่งที่ตัวแยกลำแสงแรก ลัดเลาะไปตามเส้นทางทั้งสองแล้วรวมตัวที่ตัวแยกลำแสงที่สอง สร้างรูปแบบการรบกวนที่เป็นลายเซ็นซึ่งระบุว่าเป็นคลื่น . ไม่ว่าผู้ทดลองจะเลือกใช้ตัวแยกลำแสงที่สองหรือไม่ก็ตาม แสงจะเป็นอนุภาค 100 เปอร์เซ็นต์หรือเป็นคลื่น 100 เปอร์เซ็นต์เมื่อออกจากอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ เช่นเดียวกับที่บอร์คาดไว้

แต่ผลการศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างระหว่างคลื่นและอนุภาคนั้นไม่ชัดเจน นักฟิสิกส์ควอนตัม Shi-Liang Zhu จากมหาวิทยาลัย Nanjing ในประเทศจีนและเพื่อนร่วมงานได้ใช้เครื่องมือทางเลือกที่ล่าช้าเพื่อวัดชีพจรแสงที่เตรียมไว้เป็นพิเศษของโฟตอนเดียว นักวิจัยยืดชีพจรเพื่อให้ใช้เวลาประมาณ 400 นาโนวินาทีในการผ่านจุดที่กำหนด การยืดออกนี้ทำให้นักวิจัยสามารถกินเค้กได้ แทนที่จะเลือกแต่เนิ่นๆว่าจะรวมตัวแยกลำแสงที่สองเข้าไปด้วยหรือไม่ พวกเขาสามารถวางหรือถอดเค้กออกได้ในขณะที่ชีพจรเคลื่อนผ่านจุดที่เส้นทางมาบรรจบกัน

ทีมของ Zhu แสดงให้เห็นว่าในช่วง 80 นาโนวินาทีแรกของทางเดินของแสงโดยมีตัวแยกลำแสงที่สองอยู่ในตำแหน่งนั้น เครื่องตรวจจับที่ตั้งอยู่ปลายเส้นทางหนึ่งจะวัดรูปแบบการรบกวนซึ่งเป็นลักษณะของคลื่น แต่เมื่อนักวิจัยนำตัวแยกลำแสงออก การรบกวนก็หายไป ส่งสัญญาณว่าโฟตอนมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค Zhu กล่าวว่านี่เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตเห็นชีพจรของโฟตอนเดี่ยวที่แสดงถึงลักษณะของอนุภาคและคลื่น ซึ่งเป็นสถานะที่เรียกว่าการซ้อนทับของควอนตัม

การศึกษาช่วยเสริมการทดลองทางเลือกล่าช้าสามครั้งจากปี 2555 ซึ่งแสดงให้เห็นการซ้อนอนุภาคคลื่น แทนที่จะตัดสินใจว่าจะใส่ตัวแยกลำแสงที่สองหรือไม่ นักวิจัยเหล่านี้ได้สร้างสวิตช์ควอนตัมที่กำหนดว่าตัวแยกลำแสงมีอยู่หรือไม่มีอยู่หรืออยู่ในตำแหน่งซ้อนทับของทั้งสอง ในกรณีของการทับซ้อน นักวิจัยพบว่าโฟตอนมีลักษณะเหมือนอนุภาคและเหมือนคลื่นพร้อมกัน Davide Girolami นักฟิสิกส์ควอนตัมจาก University of Oxford กล่าวว่าการทดลองของ Zhu นั้นน่าประทับใจเพราะเผยให้เห็นการซ้อนอนุภาคคลื่นของแสงโดยไม่ต้องใช้สวิตช์ควอนตัมที่ซับซ้อน

การทดลองล่าสุดเหล่านี้ไม่ได้ทำให้ทฤษฎีของบอร์หรือนักฟิสิกส์เข้าใจธรรมชาติคลื่นอนุภาคคู่ของแสงได้ระเบิดขึ้น Girolami กล่าว โฟตอนจะยังคงกระจายตัวในปริซึมเป็นคลื่นและทำให้กล้องดิจิตอลกลายเป็นอนุภาค เช่นเดียวกับแมวของชโรดิงเงอร์ที่ยังไม่ตายบางส่วนและบางส่วนไม่ตาย แต่ผลที่ได้คือภาพถ่ายที่มีประโยชน์ของโฟตอนแต่ละตัว ซึ่งจะช่วยให้นักฟิสิกส์ประเมินลักษณะที่แท้จริงของแสงได้ “‘คลื่น’ และ ‘อนุภาค’ เป็นเพียงคำพูดเท่านั้น” Girolami กล่าว “ในควอนตัมฟิสิกส์ คำเหล่านั้นไม่แน่ชัดอย่างที่สุด”

credit : superverygood.com stephysweetbakes.com titanschronicle.com seminariodeportividad.com gunsun8575.com mafio-weed.com pimentacomdende.com nextdayshippingpharmacy.com proextendernextday.com sweetdivascakes.com