ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის ექსპერიმენტული გამოყოფა

ტალღის და ნაწილაკების თვისება ბუნებაში მატერიის ორი ძირითადი თვისებაა. სინათლის შემთხვევაში, კამათი იმის შესახებ, არის თუ არა ის ტალღა თუ ნაწილაკი, მე-17 საუკუნიდან იწყება. ნიუტონმა თავის წიგნში ჩამოაყალიბა სინათლის შედარებით სრულყოფილი ნაწილაკების თეორიაოპტიკა, რამაც სინათლის ნაწილაკების თეორია თითქმის ერთი საუკუნის განმავლობაში მთავარ თეორიად აქცია. ჰაიგენსი, თომას იანგი, მაქსველი და სხვები თვლიდნენ, რომ სინათლე ტალღაა. მე-20 საუკუნის დასაწყისამდე აინშტაინმა შესთავაზაოპტიკაკვანტური ახსნაფოტოელექტრულიეფექტი, რომელმაც ხალხს გააცნობიერა, რომ სინათლეს აქვს ტალღის და ნაწილაკების ორმაგობის მახასიათებლები. მოგვიანებით ბორმა თავის ცნობილ კომპლემენტარობის პრინციპში აღნიშნა, რომ სინათლე იქცევა ტალღად თუ ნაწილაკად, დამოკიდებულია კონკრეტულ ექსპერიმენტულ გარემოზე და რომ ორივე თვისება არ შეიძლება ერთდროულად შეინიშნოს ერთ ექსპერიმენტში. თუმცა, მას შემდეგ რაც ჯონ უილერმა შემოგვთავაზა თავისი ცნობილი დაგვიანებული შერჩევის ექსპერიმენტი, მისი კვანტური ვერსიის საფუძველზე, თეორიულად დადასტურდა, რომ სინათლეს შეუძლია ერთდროულად განასახიეროს ტალღის ნაწილაკის სუპერპოზიციის მდგომარეობა "არც ტალღა და არც ნაწილაკი, არც ტალღა და არც ნაწილაკი" და ეს უცნაურია. ფენომენი დაფიქსირდა ექსპერიმენტების დიდი რაოდენობით. სინათლის ტალღა-ნაწილაკების სუპერპოზიციის ექსპერიმენტული დაკვირვება ეჭვქვეშ აყენებს ბორის კომპლემენტარობის პრინციპის ტრადიციულ საზღვრებს და ხელახლა განსაზღვრავს ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის კონცეფციას.

2013 წელს, ჩეშირის კატის შთაგონებით ალისა საოცრებათა ქვეყანაში, აჰარონოვი და სხვ. შესთავაზა კვანტური ჩეშირის კატის თეორია. ეს თეორია ავლენს ძალიან ახალ ფიზიკურ ფენომენს, ანუ ჩეშირის კატის სხეულს (ფიზიკურ ერთეულს) შეუძლია გააცნობიეროს სივრცითი გამოყოფა მისი ღიმილისგან (ფიზიკური ატრიბუტი), რაც შესაძლებელს ხდის მატერიალური ატრიბუტისა და ონტოლოგიის გამიჯვნას. შემდეგ მკვლევარებმა დააკვირდნენ ჩეშირის კატის ფენომენს როგორც ნეიტრონულ, ისე ფოტონულ სისტემებში და შემდგომში დააკვირდნენ ორი კვანტური ჩეშირის კატის ფენომენს, რომლებიც ცვლიდნენ მომღიმარ სახეებს.

ახლახან, ამ თეორიით შთაგონებული, პროფესორ ლი ჩუანფენგის გუნდმა ჩინეთის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტში, ნანკაის უნივერსიტეტის პროფესორ ჩენ ჯინლინგის გუნდთან თანამშრომლობით, გააცნობიერა ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის გამიჯვნა.ოპტიკა, ანუ ტალღის თვისებების სივრცითი გამოყოფა ნაწილაკების თვისებებისგან, ექსპერიმენტების შემუშავებით ფოტონების თავისუფლების სხვადასხვა ხარისხით და სუსტი გაზომვის ტექნიკის გამოყენებით ვირტუალური დროის ევოლუციაზე დაფუძნებული. ფოტონების ტალღური თვისებები და ნაწილაკების თვისებები ერთდროულად შეინიშნება სხვადასხვა რეგიონში.

შედეგები ხელს შეუწყობს კვანტური მექანიკის ძირითადი კონცეფციის გაღრმავებას, ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობას და გამოყენებული სუსტი გაზომვის მეთოდი, ასევე მოგვცემს იდეებს ექსპერიმენტული კვლევისთვის კვანტური სიზუსტის გაზომვისა და კონტრფაქტული კომუნიკაციის მიმართულებით.

| ქაღალდის ინფორმაცია |

Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. ერთი ფოტონის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის გამოყოფის ექსპერიმენტული დემონსტრირება კვანტურ ჩეშირის კატასთან. Light Sci Appl 12, 18 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5