И подтверждение корпускулярно-волнового дуализма

Микроскоп Гейзенберга экспериментально реализовал B. Dopfer в 1998 г. при помощи перепутанных фотонов. Использовалась схема рис. 7.

Рис. 7. Экспериментальная реализация микроскопа Гейзенберга

Лазер L создает фотон накачки 0, который направляется на нелинейный кристалл K. В результате параметрического рассеяния рождаются перепутанные фотоны 1 и 2. Не прореагировавшие с кристаллом фотоны накачки поглощаются. Поток фотонов 1 и 2 настолько мал, что они по одному проходят установку. Фотон 1 идет через собирающую линзу L и регистрируется детектором одиночных фотонов , который можно установить между фокальной плоскостью линзы и плоскостью , в которой создается сфокусированное линзой изображение экрана R. Фотон 1 играет роль, аналогичную фотону в схеме микроскопа Гейзенберга. Фотон 2 направляется на экран R с двумя щелями шириной каждая, расстояние между щелями . Детектор фотонов перемещается параллельно экрану R и регистрирует наличие или отсутствие интерференционной картины, вызванной дифракцией на экране R. Фотон 2 играет роль, аналогичную микрообъекту в схеме микроскопа Гейзенберга. Электронный блок A регистрирует сигнал с детекторов и только в том случае, когда они срабатывают одновременно с точностью до 2 нс, что гарантирует перепутанность фотонов.

Рис. 7. Экспериментальная реализация микроскопа Гейзенберга

При установке детектора в плоскость создается сфокусированное изображение экрана R. Фотон 1 проецируется в состояние с определенной координатой в плоскости экрана R. Перепутанный фотон 2 также оказывается в этом состоянии и для него определяется щель экрана R, через которую он проходит. Результат прохождения регистрируется в отдельных точках детектором путем его перемещения параллельно экрану R. Показания детектора как функция его положения представлены на рис. 8. Результат соответствует дифракции на одной щели экрана R, интерференция между щелями отсутствует.

Рис. 8. Показания детектора , когда детектор

находится в плоскости

При установке детектора в плоскость сфокусированными оказываются лучи, падающие на линзу параллельным пучком. Фотон 1 до прохождения линзы L оказывается в состоянии с определенным импульсом. Перепутанный фотон 2 также получает определенный импульс, становится волной, проходит через обе щели экрана R и создает интерференционную картину. Показания детектора при его перемещении параллельно экрану R показаны на рис. 9. Результат соответствует интерференции между щелями и согласуется с теоретическим распределением, представленным на рис. 1.

Если не контролировать состояние фотона 1, то и фотон 2 оказывается в неопределенном состоянии, и интерференционная картина после экрана R размывается.

Рис. 9. Показания детектора , когда детектор

находится в плоскости

В результате доказано, что определенность траектории превращает частицу в локализованный объект и устраняет ее интерференцию. Принципиальная неопределенность траектории восстанавливает интерференцию и превращает частицу в волну. Последняя процедура называется квантовым стиранием локализации.