据新华社合肥12月3日电(记者戴威)记者从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟、陆朝阳、陈明城等人组成的研究团队,利用光镊囚禁的量子基态单原子,首次完整地实现了1927年爱因斯坦和玻尔争论中提出的“反冲狭缝”量子干涉思想实验,观测到了原子动量可调谐的干涉对比度渐进变化过程,证明了海森堡极限下的互补性原理,并展示了从量子到经典的连续转变过程。相关成果于12月3日发表于国际学术期刊《物理评论快报》。
在第五届索尔维会议上,爱因斯坦为挑战玻尔提出的互补性原理,在双缝干涉实验中,设计让单光子通过一个可移动的狭缝。爱因斯坦认为,单光子会给狭缝一个极微弱的反冲动量,若能测出这一反冲即可知道光子的路径,而只要狭缝位置足够精确,干涉条纹仍可保留。这一思想实验被视为量子力学最深刻的悖论之一。
实现这一思想实验的关键在于测量有效的反冲信号,这就要求狭缝的动量不确定度要小于光子的冲击动量。然而,由于单光子的动量反冲非常微弱,远小于宏观物体的动量不确定度。所以,这一巧妙的思想实验在过去近百年仍停留在“思想”层面。
据了解,在本次研究工作中,研究团队在量子极限条件下实现了最灵敏的“可移动狭缝”:利用光镊囚禁的单个铷原子作为“可移动狭缝”,使用拉曼边带冷却技术将原子制备至三维运动基态,使其动量不确定性下降至与单光子动量相当的水平。同时,实验可通过灵活地调节光镊囚禁势阱深度,来改变原子狭缝的动量不确定度。



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