我首次觀測到非局域的動量傳遞

吳長鋒

筆者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、許金時等人與其合作者，首次實驗觀測到非局域的動量傳遞，驗證了光子動量改變量與干涉條紋可見度之間的量化關系。該研究成果日前發表在國際權威期刊《科學·進展》上。

在楊氏雙縫實驗中，利用玻姆動量概率分布來量化楊氏雙縫中“which-way”測量對光子動量產生的擾動，當人們對光子進行“which-way”測量來識別它具體從哪個狹縫通過時，不可避免地會破壞干涉條紋的可見度。然而，關于“which-way”測量是否通過擾動粒子的動量來破壞楊氏雙縫干涉這一問題一直存在激烈爭論。為了更深入地研究波粒二象性，就需要找到一個更加普適的方法來量化光子的動量變化。

著名物理學家戴維·玻姆1950年代提出，粒子在任意時刻都具有明確的位置和動量，它沿著一條確定的軌跡演化。因此，即使粒子的初態不是動量的本征態，仍然可以計算出粒子的動量改變量。此外，粒子的平均軌跡在實驗上可以用弱測量的方法重構出來。

基于玻姆理論，科研人員進一步重構了經過楊氏雙縫干涉裝置并傳播至8.6米處的光子玻姆軌跡，然后采用玻姆動量概率分布來量化路徑探測過程中光子的動量改變量。通過對比有無“which-way”測量時的光子動量，科研人員觀測到光子總的動量改變量的絕對值在近場時很小，但是會隨著傳播距離的增加而增加，展現了非局域的動量累加過程。在遠場時，研究組進一步驗證了粒子動量改變量的絕對值與干涉條紋可見度之間的量化關系。實驗結果表明，隨著動量改變量的增加，干涉條紋可見度將隨之下降。

這一研究成果提供了一種有效方法用來檢驗“光子軌跡”。這對量子力學基礎問題的研究具有重要意義，并且有助于加深人們對波粒二象性和互補原理的理解。