As propriedades ondulatórias e corpusculares 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 corpuscular da luz relativamente perfeita em seu livro.Óptica, o que fez com que a teoria corpuscular 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 a teoria da luz como um fenômeno ondulatório.Ópticaexplicação quântica dofotoelétricoefeito, que levou as pessoas a perceberem que a luz possui características de dualidade onda-partícula. Bohr posteriormente apontou, em seu famoso princípio da complementaridade, que o comportamento da luz como onda ou partícula depende do ambiente experimental específico, e que ambas as propriedades não podem ser observadas simultaneamente em um único experimento. Contudo, após John Wheeler propor seu famoso experimento de seleção retardada, baseado em sua versão quântica, foi teoricamente comprovado que a luz pode incorporar simultaneamente um estado de superposição onda-partícula, ou seja, "nem onda nem partícula, nem onda nem partícula", e esse fenômeno peculiar foi observado em um grande número de experimentos. A observação experimental da superposição onda-partícula da luz desafia os limites tradicionais do princípio da complementaridade de Bohr e redefine o conceito de dualidade onda-partícula.
Em 2013, inspirados pelo Gato de Cheshire de Alice no País das Maravilhas, Aharonov e colaboradores propuseram a teoria quântica do Gato de Cheshire. Essa teoria revela um fenômeno físico inovador: o corpo do Gato de Cheshire (entidade física) pode se separar espacialmente de seu rosto sorridente (atributo físico), o que possibilita a separação entre atributo material e ontologia. Os pesquisadores observaram então o fenômeno do Gato de Cheshire em sistemas de nêutrons e fótons, e posteriormente constataram a troca de rostos sorridentes entre dois Gatos de Cheshire quânticos.
Recentemente, inspirada por essa 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, realizou a separação da dualidade onda-partícula deÓpticaOu seja, a separação espacial das propriedades ondulatórias das propriedades corpusculares, através da concepção de experimentos que utilizam diferentes graus de liberdade dos fótons e técnicas de medição fracas baseadas na evolução temporal virtual. As propriedades ondulatórias e corpusculares 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 utilizado também fornecerá ideias para a pesquisa experimental na direção da medição quântica de precisão e da comunicação contrafactual.
| informações do documento |
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 da publicação: 25 de dezembro de 2023