Сайт переехал physreal.com

Дополнительность корпускулярного и волнового описаний легко продемонстрировать с использованием интерферометра Маха – Цандера. На пути фотона здесь устанавливаются два светоделителя, один из которых – выходной – снабжён регистрирующими устройствами. Если в этой схеме, показанной ниже, ничего не менять, экспериментаторы будут наблюдать интерференционную картину; иными словами, фотон ведёт себя подобно волне, распространяющейся в обоих плечах интерферометра. Когда выходной светоделитель убирают, приход кванта света регистрирует либо первый детектор, либо второй, а фотон проходит по какому-то одному плечу интерферометра, проявляя свойства частицы.

Ещё в 1978 году американский теоретик Джон Арчибальд Уилер рассмотрел интересную модификацию описанного эксперимента, в которой вопрос об установке второго светоделителя решается (с помощью генератора случайных чисел) уже после попадания кванта света в интерферометр. Такой вариант методики, успешно реализованный в 2006-м, исключает возможность того, что фотон определяет линию поведения заранее.

Австралийские физики развили идею Уилера, заменив классическое устройство, которое использовалось при выборе типа схемы, квантовым. Последнее подготавливается в суперпозиционном состоянии 2^–½(|0> + |1>), а от результата измерения – 0 или 1 – зависит, будет установлен выходной светоделитель или нет.

Эта версия опыта интересна тем, что она допускает обратный временной порядок измерений: можно сначала зарегистрировать фотон, а потом уже решать, как ему нужно себя вести. Отсюда следует возможность подготовки фотона в суперпозиции состояний «волна» и «частица», которые, очевидно, отражают лишь наши представления о нём, а не его реальные характеристики.

Квантовый «генератор случайных чисел» также позволяет изучать волновые и корпускулярные свойства фотонов на одной и той же установке, что противоречит указанной выше формулировке принципа дополнительности, найденной Бором.

Отчёт, подготовленный австралийцами, опубликован в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Американского физического общества.

Текст: Дмитрий Сафин

«Компьютерра–Онлайн»