Comprendere la natura dei comportamenti degli oggetti quantistici è la premessa per una descrizione ragionevole del mondo quantistico. A seconda che l'interferenza possa essere prodotta o meno, l'oggetto quantistico è dotato delle caratteristiche duali di un'onda e di una particella, vale a dire la cosiddetta dualità onda-particella (WPD), che generalmente si osservano nella cosiddetta dualità reciprocamente accordi sperimentali esclusivi nel senso del principio di complementarità di Bohr.
Il fisico teorico John Wheeler propose l'esperimento della scelta ritardata negli anni '80, sottolineando che i metodi utilizzati per osservare i fotoni determineranno in definitiva se il loro comportamento è come particelle o onde.
Nel 2011, Ionicioiu e Terno hanno proposto una versione quantistica dell'esperimento a scelta ritardata, mediante la quale il fotone può essere forzato in uno stato sovrapposto di particella e onda e mostra un morphing continuo tra questi due lati con la modifica del parametro di controllo dell'ancilla.
In un recente studio pubblicato su Physical Review A , abbiamo sviluppato una teoria e condotto esperimenti per studiare il comportamento duale di uno e due fotoni come un'onda o una particella, basandoci sulla configurazione schematicamente abbozzata in Fig. 1 e dettagliata in Fig. 2.
Utilizzando la configurazione proposta, siamo stati in grado di osservare comportamenti puramente ondulatori o puramente particellari o di sovrapposizione onda-particella di uno o due fotoni regolando un singolo parametro di controllo classico, α, che è proporzionale al riflettività del divisore di fascio che abbiamo aggiunto all'interferometro di Mach-Zehnder.
Abbiamo scoperto che le lunghezze d'onda sia di uno che di due fotoni negli stati di sovrapposizione onda-particella rimangono le stesse di quelle negli stati d'onda pura. La visibilità dell'interferenza nel caso a due fotoni è sempre inferiore a quella nel caso a un fotone. Tutti i risultati sperimentali concordano perfettamente con le previsioni teoriche, certificando la pertinenza dell'apparato da noi proposto.
Il nostro schema per un esperimento a scelta ritardata adotta uno scenario di preparazione e misurazione indipendente dal dispositivo per testare il modello a variabile nascosta con un controllo puramente classico. Abbiamo calcolato i testimoni della dimensione corrispondente e rivelato la violazione del testimone della dimensione lineare in una serie di parametri, dimostrando l'impossibilità di modelli a variabili nascoste. Sebbene in questo lavoro abbiamo considerato i fotoni, risultati simili potrebbero valere anche per le particelle di materia.
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Ulteriori informazioni: Qing-Feng Xue et al, Sovrapposizioni onda-particella a singolo e due fotoni:teoria ed esperimento, Revisione fisica A (2023). DOI:10.1103/PhysRevA.108.022223
Informazioni sul giornale: Revisione fisica A
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