我首次觀測到非局域的動(dòng)量傳遞

吳長鋒

筆者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時(shí)等人與其合作者，首次實(shí)驗(yàn)觀測到非局域的動(dòng)量傳遞，驗(yàn)證了光子動(dòng)量改變量與干涉條紋可見度之間的量化關(guān)系。該研究成果日前發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上。

在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，利用玻姆動(dòng)量概率分布來量化楊氏雙縫中“which-way”測量對光子動(dòng)量產(chǎn)生的擾動(dòng)，當(dāng)人們對光子進(jìn)行“which-way”測量來識(shí)別它具體從哪個(gè)狹縫通過時(shí)，不可避免地會(huì)破壞干涉條紋的可見度。然而，關(guān)于“which-way”測量是否通過擾動(dòng)粒子的動(dòng)量來破壞楊氏雙縫干涉這一問題一直存在激烈爭論。為了更深入地研究波粒二象性，就需要找到一個(gè)更加普適的方法來量化光子的動(dòng)量變化。

著名物理學(xué)家戴維·玻姆1950年代提出，粒子在任意時(shí)刻都具有明確的位置和動(dòng)量，它沿著一條確定的軌跡演化。因此，即使粒子的初態(tài)不是動(dòng)量的本征態(tài)，仍然可以計(jì)算出粒子的動(dòng)量改變量。此外，粒子的平均軌跡在實(shí)驗(yàn)上可以用弱測量的方法重構(gòu)出來。

基于玻姆理論，科研人員進(jìn)一步重構(gòu)了經(jīng)過楊氏雙縫干涉裝置并傳播至8.6米處的光子玻姆軌跡，然后采用玻姆動(dòng)量概率分布來量化路徑探測過程中光子的動(dòng)量改變量。通過對比有無“which-way”測量時(shí)的光子動(dòng)量，科研人員觀測到光子總的動(dòng)量改變量的絕對值在近場時(shí)很小，但是會(huì)隨著傳播距離的增加而增加，展現(xiàn)了非局域的動(dòng)量累加過程。在遠(yuǎn)場時(shí)，研究組進(jìn)一步驗(yàn)證了粒子動(dòng)量改變量的絕對值與干涉條紋可見度之間的量化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著動(dòng)量改變量的增加，干涉條紋可見度將隨之下降。

這一研究成果提供了一種有效方法用來檢驗(yàn)“光子軌跡”。這對量子力學(xué)基礎(chǔ)問題的研究具有重要意義，并且有助于加深人們對波粒二象性和互補(bǔ)原理的理解。