Για σχεδόν οκτώ δεκαετίες, η φυσική βασιζόταν στο νοητικό πείραμα που πρότεινε ο Richard Feynman το 1948 για να περιγράψει την κίνηση των κβαντικών σωματιδίων. Για πρώτη φορά, ερευνητική ομάδα από την Κίνα κατάφερε να δοκιμάσει και να επιβεβαιώσει αυτή τη θεωρία απευθείας στο εργαστήριο. Η μελέτη, με επικεφαλής τον Shi-Liang Zhu από το Πανεπιστήμιο South China Normal στην Κουανγκτσού, δημοσιεύθηκε στο Science Advances.
Το νοητικό πείραμα του Feynman
Σύμφωνα με την προσέγγιση του «ολοκληρώματος τροχιών», ένα κβαντικό σωματίδιο δεν ακολουθεί μία μόνο διαδρομή για να μεταβεί από ένα σημείο σε ένα άλλο. Αντίθετα, συμβάλλουν όλες οι πιθανές διαδρομές, οι οποίες αθροίζονται για να παράγουν το τελικό παρατηρούμενο αποτέλεσμα. Ο Feynman υπέθεσε ότι κάθε διαδρομή έχει την ίδια πιθανότητα, διαφέροντας μόνο στη φάση της κβαντικής κυματοσυνάρτησης. Αν και η παραδοχή αυτή χρησιμοποιούνταν ευρέως για δεκαετίες, δεν είχε επιβεβαιωθεί ποτέ πειραματικά.
Το πείραμα με μεμονωμένα φωτόνια
Οι ερευνητές μέτρησαν το εύρος πιθανότητας μεμονωμένων φωτονίων. Κατευθύνοντας τα φωτόνια μέσα από ένα σύστημα κατόπτρων, φακών και κρυστάλλων, ανακατασκεύασαν τα εύρη για 1.419.857 πιθανές διαδρομές. Για να αποτρέψουν τη συσσώρευση σφαλμάτων σε τόσο μεγάλο αριθμό διαδρομών, βελτιστοποίησαν τη διαδικασία μέτρησης, επιτυγχάνοντας την απαιτούμενη ακρίβεια για τη σύγκριση των δεδομένων.
Επιβεβαίωση της θεωρίας
Τα πειραματικά αποτελέσματα συμφώνησαν απόλυτα με τις προβλέψεις του Feynman: οι πιθανότητες προέκυψαν από τη συνεκτική υπέρθεση όλων των πιθανών διαδρομών, όλες οι διαδρομές είχαν ίσο μέτρο εύρους και οι φάσεις καθορίζονταν από την κλασική τροχιά του σωματιδίου. Η ομάδα ελπίζει ότι η τεχνική αυτή θα προσαρμοστεί από άλλους ερευνητές για τη μελέτη της συμπεριφοράς των σωματιδίων κατά τη διέλευσή τους μέσα από διάφορα υλικά, διευρύνοντας περαιτέρω τις εφαρμογές της κβαντικής θεωρίας.
