三光子或?yàn)槿祟愐曈X極限

美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校物理學(xué)家Rebecca Holmes指出，這項(xiàng)研究通過向坐在一間暗室中的受試者眼中發(fā)射光子，將能夠最終證明人眼是否能感知單個(gè)光子。

Holmes在美國(guó)物理學(xué)會(huì)于近期在俄亥俄州哥倫布市召開的一次會(huì)議上報(bào)告了其研究團(tuán)隊(duì)的這一成果。她同時(shí)希望測(cè)試人眼是否能夠記錄量子效應(yīng)，例如一個(gè)光子同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地方。

研究人員從20世紀(jì)40年代便試圖確定人類感知所需的最小光子數(shù)量。

視網(wǎng)膜中的視桿細(xì)胞已知對(duì)光線極其敏感。對(duì)采自青蛙的單個(gè)視桿細(xì)胞進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，這種細(xì)胞能夠?qū)蝹€(gè)光子作出響應(yīng)。但由于視網(wǎng)膜在處理信息過程中會(huì)減少假信號(hào)產(chǎn)生的噪音，因此單個(gè)細(xì)胞的響應(yīng)未必能夠轉(zhuǎn)化為信號(hào)傳送給大腦，也就談不上對(duì)閃光產(chǎn)生知覺了。并且研究人員指出，進(jìn)入眼中的超過90％，甚至多達(dá)97％的光子甚至從未到達(dá)一個(gè)視桿細(xì)胞。它們被吸收或反射到眼睛的其他部分，例如角膜，因此不會(huì)被探測(cè)到。

Holmes表示，之前的相關(guān)實(shí)驗(yàn)將人類視覺極限定格于2～7個(gè)光子之間。但這些結(jié)論都是試探性的，因?yàn)檠芯咳藛T并不知道每次閃光包含有多少個(gè)光子：他們只能估計(jì)一個(gè)范圍。

然而Holmes采用了量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用的一項(xiàng)技術(shù)，能夠精確計(jì)數(shù)一束激光到底包含有多少個(gè)光子。這一方法之前從未用于測(cè)試人類的視覺極限。

Holmes及其同事讓受試者坐在一間暗室中并凝視一個(gè)十字線靶心，之后讓包含不同光子數(shù)的閃光進(jìn)入受試者的眼中。研究人員向受試者詢問看到這些閃光是來(lái)自左側(cè)還是右側(cè)，抑或他們根本什么也沒有看到。

“我自己已經(jīng)做過很多次了。”Holmes說，“如果你坐在一片黑暗中，那么出來(lái)1h以后你會(huì)說，‘我不能肯定自己到底看到了什么。’”

為了測(cè)試人眼是否能夠覺察到3個(gè)光子，研究人員將含有30個(gè)光子的閃光送入人眼，并期待至多有10％的光子能夠穿過視網(wǎng)膜。Holmes說，結(jié)果顯示，受試者對(duì)閃光位置的正確判斷經(jīng)常高于碰巧的猜測(cè)，因此成為一個(gè)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有說服力的案例，表明他們至少能夠看到具有3個(gè)光子的閃光。

瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)量子光學(xué)研究人員Nicolas Gisin認(rèn)為，這一研究成果是迄今為止最棒的證據(jù)，表明人眼能夠探測(cè)到3個(gè)光子。Holmes強(qiáng)調(diào)，她的團(tuán)隊(duì)還沒有采集到足夠的證據(jù)，證明人眼能夠識(shí)別單個(gè)光子。

光子是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規(guī)范玻色子。光子是電磁輻射的載體，而在量子場(chǎng)論中光子被認(rèn)為是電磁相互作用的媒介子。與大多數(shù)基本粒子（如電子和夸克）相比，光子沒有靜止質(zhì)量。

三光子或?yàn)槿祟愐曈X極限

一項(xiàng)測(cè)試人類視覺極限的試驗(yàn)提供了迄今最強(qiáng)有力證據(jù)，表明我們的眼睛可以感知僅有3個(gè)光子的微弱閃光。