中国海洋大学研究成果加深对波粒二象性和互补原理的理解

最近，中国海洋大学“海洋量子技术”团队的顾永健教授在量子力学基础问题的研究上取得了新的进展。研究小组的成员发现，当路径测量被引入杨氏双缝实验时，玻姆理论提供了一种有效的方法来实验测试光子的“轨迹”。这在量子力学基本问题的研究中起着重要的作用，有助于人们加深对波粒二象性和互补原理的理解。研究结果在线发表在国际*学术期刊《科学进步》上。

杨氏双缝实验是物理学中的经典实验。在杨的双缝实验中，当人们测量光子的路径以确定它通过哪个缝时，将不可避免地破坏干涉条纹的可见度。在这个测量过程中，干涉条纹的可见度和光子的动量扰动之间的关系一直是学术界争论的焦点，主要是因为人们对动量变化的定义不同。为了进一步研究这个问题，我们需要找到一种更通用的方法来量化光子的动量变化。波姆力学为解决这一问题提供了一种有效的方法。在波姆的理论中，一个粒子在任何时刻都有一个确定的位置和动量，并且它沿着一个确定的轨迹进化。因此，即使粒子的初始状态不是动量的固有状态，研究人员仍然可以计算粒子的动量变化。此外，光子的平均轨道可以通过弱测量实验重建。

基于波姆理论，利用弱测量技术，萧雅副教授等研究人员在杨氏双缝干涉装置[光学快车25，14463-14472 (2017)中实现了光子轨道的非局域引导。在这篇论文中，他们进一步将光子轨道重建到8.6米。然后，他的澳大利亚合作伙伴霍华德·怀斯曼提出的玻姆动量概率分布被用于量化路径检测过程中光子的动量变化。通过比较有路径测量和没有路径测量的光子动量，他们观察到总光子动量变化的绝对值在近场中非常小，但是它将随着传播距离的增加而增加，表现出动量的非局部积累过程。在远场，他们进一步验证了光子动量变化绝对值与干涉条纹可见度之间的定量关系。实验结果表明，随着动量变化的增加，干涉条纹的可见度将降低。

地址:DOI: 10.1126/sciadv.aav9547

https://advances.sciencemag.org/content/5/6/eaav9547