La proprietà ondulatoria e quella corpuscolare sono due proprietà fondamentali della materia in natura. Nel caso della luce, il dibattito sul fatto che sia un'onda o una particella risale al XVII secolo. Newton stabilì una teoria corpuscolare della luce relativamente perfetta nel suo libroOttica, che ha reso la teoria corpuscolare della luce la teoria dominante per quasi un secolo. Huygens, Thomas Young, Maxwell e altri credevano che la luce fosse un'onda. Fino all'inizio del XX secolo, Einstein propose laOtticaspiegazione quantistica dellafotoelettricoQuesto effetto permise di comprendere che la luce possiede le caratteristiche della dualità onda-particella. Bohr, in seguito, evidenziò nel suo celebre principio di complementarità che il comportamento della luce come onda o come particella dipende dallo specifico contesto sperimentale e che entrambe le proprietà non possono essere osservate simultaneamente in un singolo esperimento. Tuttavia, dopo che John Wheeler propose il suo famoso esperimento di selezione ritardata, basato sulla sua versione quantistica, è stato teoricamente dimostrato che la luce può incarnare simultaneamente uno stato di sovrapposizione onda-particella di "né onda né particella, né onda né particella", e questo strano fenomeno è stato osservato in un gran numero di esperimenti. L'osservazione sperimentale della sovrapposizione onda-particella della luce sfida i limiti tradizionali del principio di complementarità di Bohr e ridefinisce il concetto di dualità onda-particella.
Nel 2013, ispirati dal Gatto del Cheshire di Alice nel Paese delle Meraviglie, Aharonov e colleghi hanno proposto la teoria del Gatto del Cheshire quantistico. Questa teoria rivela un fenomeno fisico del tutto inedito: il corpo del Gatto del Cheshire (entità fisica) può realizzare una separazione spaziale dal suo muso sorridente (attributo fisico), rendendo così possibile la separazione tra attributo materiale e ontologia. I ricercatori hanno poi osservato il fenomeno del Gatto del Cheshire sia in sistemi di neutroni che di fotoni, e hanno ulteriormente osservato il fenomeno di due Gatti del Cheshire quantistici che si scambiano i volti sorridenti.
Recentemente, ispirandosi a questa teoria, il team del professor Li Chuanfeng presso l'Università di Scienza e Tecnologia della Cina, in collaborazione con il team del professor Chen Jingling presso l'Università di Nankai, ha realizzato la separazione della dualità onda-particella diOtticaovvero, la separazione spaziale delle proprietà ondulatorie da quelle corpuscolari, progettando esperimenti che utilizzano diversi gradi di libertà dei fotoni e impiegando tecniche di misurazione deboli basate sull'evoluzione temporale virtuale. Le proprietà ondulatorie e corpuscolari dei fotoni vengono osservate simultaneamente in regioni diverse.
I risultati contribuiranno ad approfondire la comprensione del concetto fondamentale della meccanica quantistica, la dualità onda-particella, e il metodo di misurazione debole utilizzato fornirà anche spunti per la ricerca sperimentale nella direzione della misurazione quantistica di precisione e della comunicazione controfattuale.
| informazioni cartacee |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Dimostrazione sperimentale della separazione della dualità onda-particella di un singolo fotone con il gatto del Cheshire quantistico. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Data di pubblicazione: 25 dicembre 2023