标题(备选1):单原子充当“可移动狭缝”突破百年难题 我科研团队实证量子互补性关键法则

在量子力学发展历程中,微观粒子的本质之争持续了近百年。1927年,丹麦物理学家玻尔提出互补性原理,指出光子等微观粒子兼具波动性与粒子性,但两者无法在同一实验中被同时清晰观测。爱因斯坦对此提出质疑:如果测量光子穿过可移动狭缝时产生的反冲力,理论上就可能同时获得粒子路径与干涉条纹信息。但受制于实验条件,这个思想实验长期未能落地。技术瓶颈在于传统宏观狭缝质量过大。光子动量极其微弱,与宏观物体的相互作用几乎无法被检测,类似于想通过观察地球的微小运动来推断乒乓球的轨迹——逻辑成立,却难以操作。潘建伟团队创新性地以单个铷原子充当狭缝,将尺度推进到量子层级,相当于把“碰撞对象”从地球换成篮球,使光子反冲效应进入可测范围。研究团队突破两项关键技术:一是利用光镊技术,通过高度聚焦的激光束捕获并稳定固定单个铷原子;二是采用拉曼边带冷却,将原子冷却至接近绝对零度,使其运动大幅减弱,从而构建出高可控的“原子狭缝”实验环境。实验结果显示:当原子动量被稳定控制时,研究人员可以更准确地获取光子路径信息,但干涉条纹随之变得不清晰;当原子位置被更严格固定时,干涉条纹清晰可见,但路径信息则无法获得。这种此消彼长的关系与玻尔互补性原理一致,表明在量子尺度下,波动性与粒子性的可观测性确实相互制约。该研究的意义在于:在实验层面回应并化解了爱因斯坦提出的挑战,为量子力学基础提供了更直接的证据。应用层面,这一单原子操控与测量能力也为量子精密测量、量子信息处理等方向提供了新的技术基础。有专家认为,这类单原子级实验平台有望推动更多新型量子实验方案的出现。

从提出质疑到获得实证,科学进展往往需要跨越漫长时间。通过单原子“狭缝”测得微弱反冲,并在干涉与路径信息之间建立明确对应关系,说明基础规律可以在更精密的实验中被逐步逼近与检验。面向未来,持续推动关键技术与基础理论相互促进,才能在探索微观世界的道路上拓展更大的可能性。