As propriedades de onda e partícula são duas propriedades básicas da matéria na natureza. No caso da luz, o debate sobre se ela é uma onda ou uma partícula remonta ao século XVII. Newton estabeleceu uma teoria de partículas da luz relativamente perfeita em seu livroÓptica, o que fez com que a teoria das partículas da luz se tornasse a teoria dominante por quase um século. Huygens, Thomas Young, Maxwell e outros acreditavam que a luz era uma onda. Até o início do século XX, Einstein propôs aÓpticaexplicação quântica dofotoelétricoefeito, que fez as pessoas perceberem que a luz tem as características da dualidade onda-partícula. Bohr mais tarde apontou em seu famoso princípio da complementaridade que se a luz se comporta como uma onda ou uma partícula depende do ambiente experimental específico, e que ambas as propriedades não podem ser observadas simultaneamente em um único experimento. No entanto, depois que John Wheeler propôs seu famoso experimento de seleção retardada, baseado em sua versão quântica, foi teoricamente provado que a luz pode incorporar simultaneamente um estado de superposição onda-partícula de "nem onda nem partícula, nem onda nem partícula", e esse estranho fenômeno foi observado em um grande número de experimentos. A observação experimental da superposição onda-partícula da luz desafia o limite tradicional do princípio da complementaridade de Bohr e redefine o conceito de dualidade onda-partícula.
Em 2013, inspirados pelo gato de Cheshire em Alice no País das Maravilhas, Aharonov et al. propuseram a teoria quântica do gato de Cheshire. Essa teoria revela um fenômeno físico bastante inovador: o corpo do gato de Cheshire (entidade física) consegue realizar a separação espacial de seu rosto sorridente (atributo físico), o que torna possível a separação entre atributo material e ontologia. Os pesquisadores então observaram o fenômeno do gato de Cheshire em sistemas de nêutrons e fótons, e ainda observaram o fenômeno de dois gatos de Cheshire quânticos trocando sorrisos.
Recentemente, inspirada por esta teoria, a equipe do Professor Li Chuanfeng da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, em colaboração com a equipe do Professor Chen Jingling da Universidade de Nankai, percebeu a separação da dualidade onda-partícula deÓptica, ou seja, a separação espacial das propriedades das ondas das propriedades das partículas, por meio do planejamento de experimentos utilizando diferentes graus de liberdade dos fótons e técnicas de medição fracas baseadas na evolução temporal virtual. As propriedades das ondas e das partículas dos fótons são observadas simultaneamente em diferentes regiões.
Os resultados ajudarão a aprofundar a compreensão do conceito básico da mecânica quântica, da dualidade onda-partícula, e o método de medição fraca usado também fornecerá ideias para a pesquisa experimental na direção da medição de precisão quântica e da comunicação contrafactual.
| informações em papel |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Demonstração experimental da separação da dualidade onda-partícula de um único fóton com o gato de Cheshire quântico. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Data de publicação: 25 de dezembro de 2023