我国首次观测到杨氏双缝实验中非局域的动量传递

  记者从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队李传锋、许金时等人与其合作者，首次实验观测到非局域的动量传递，验证了光子动量改变量与干涉条纹可见度之间的量化关系。该研究成果日前发表在国际权威期刊《科学·进展》上。

  在杨氏双缝实验中，利用玻姆动量概率分布来量化杨氏双缝中“which-way”测量对光子动量产生的扰动，当人们对光子进行“which-way”测量来识别它具体从哪个狭缝通过时，不可避免地会破坏干涉条纹的可见度。然而，关于“which-way”测量是否通过扰动粒子的动量来破坏杨氏双缝干涉这一问题一直存在激烈争论。为了更深入地研究波粒二象性，就需要找到一个更加普适的方法来量化光子的动量变化。

  著名物理学家戴维·玻姆1950年代提出，粒子在任意时刻都具有明确的位置和动量，它沿着一条确定的轨迹演化。因此，即使粒子的初态不是动量的本征态，仍然可以计算出粒子的动量改变量。此外，粒子的平均轨迹在实验上可以用弱测量的方法重构出来。

  基于玻姆理论，科研人员进一步重构了经过杨氏双缝干涉装置并传播至8.6米处的光子玻姆轨迹，然后采用玻姆动量概率分布来量化路径探测过程中光子的动量改变量。通过对比有无“which-way”测量时的光子动量，科研人员观测到光子总的动量改变量的绝对值在近场时很小，但是会随着传播距离的增加而增加，展现了非局域的动量累加过程。在远场时，研究组进一步验证了粒子动量改变量的绝对值与干涉条纹可见度之间的量化关系。实验结果表明，随着动量改变量的增加，干涉条纹可见度将随之下降。

  这一研究成果提供了一种有效方法用来检验“光子轨迹”。这对量子力学基础问题的研究具有重要意义，并且有助于加深人们对波粒二象性和互补原理的理解。

  （原载于《科技日报》 2019-06-21 01版）