1996
Одна з найвідоміших ідей Річарда Фейнмана, якою фізики користуються майже 80 років, уперше отримала пряму лабораторну перевірку. Команда з Південнокитайського педагогічного університету використала окремі частинки світла та показала, що передбачення так званого інтеграла за траєкторіями справді відтворюються в експерименті.
У 1948 році Фейнман запропонував незвичний спосіб описувати рух квантових частинок. У класичній фізиці об’єкт переходить із точки А в точку Б певним шляхом. У квантовому описі, за Фейнманом, результат потрібно обчислювати так, ніби частинка проходить усі можливі маршрути між цими точками, а внески кожного шляху складаються.
Ця математична картина стала одним із робочих інструментів квантової механіки, але її ключові припущення десятиліттями залишалися саме теоретичною конструкцією. Фейнман припускав, що різні траєкторії мають однакову вагу, а відрізняються фазами квантових хвиль. Саме взаємодія цих фаз зрештою визначає ймовірність того, що спостерігач побачить певний результат.
Команда під керівництвом Ши-Ляна Чжу вирішила перевірити це на одиничних фотонах. Безпосередньо стежити за конкретним маршрутом фотона неможливо, не змінивши його стан самим вимірюванням. Тому дослідники відновлювали амплітуди ймовірності — величини, які містять інформацію про внесок різних можливих шляхів.
Установка складалася з дзеркал, лінз, кристалів та інших оптичних елементів. Завдяки дуже точним вимірюванням команда змогла реконструювати амплітуди для 1 419 857 можливих траєкторій фотонів. За такої кількості шляхів навіть невелика похибка могла накопичитися й зруйнувати порівняння, тому науковцям довелося суттєво вдосконалити точність усієї вимірювальної процедури.
Отримані результати збіглися з передбаченнями Фейнмана. Імовірності виникали як результат додавання внесків усіх шляхів, їхня сила відповідала очікуваній, а фази визначалися згідно з класичною траєкторією частинки. Таким чином, те, що багато десятиліть використовувалося як фундаментальний спосіб розрахунку, вдалося перевірити безпосередньо на квантових частинках.
Дослідники вважають, що розроблена техніка може застосовуватися й до інших фізичних систем. Зокрема, її можна використати для перевірки того, як різні квантові траєкторії складаються, коли фотони проходять не через порожній простір, а через матеріали. Роботу опубліковано в журналі Science Advances.
