3、量子物理实验与基础研究

量子物理实验与基础研究

1. 背景介绍

量子物理学诞生于20世纪初，是人类有史以来对自然最成功的描述之一。它的应用范围极其广泛，涵盖了从基本粒子层面到早期宇宙物理学的诸多现象。许多现代技术都离不开量子物理学，比如所有信息技术都基于对固体（特别是半导体）的量子理解，激光的运行则基于对原子和分子现象的量子理解。

然而，量子物理学也蕴含着许多违反直觉的概念和观念。例如，理查德·费曼曾说：“我可以肯定地说，如今没有人理解量子物理学。”罗杰·彭罗斯也评论说，该理论“完全没有意义”。

起初，思想实验被用于探讨量子物理学的基本问题。海森堡发明了思想实验——伽马射线显微镜来证明不确定性原理，尼尔斯·玻尔和阿尔伯特·爱因斯坦在关于当时所谓原子物理学的认识论问题的著名对话中，也大量使用思想实验来阐述他们的观点。

到了20世纪末，情况发生了巨大变化。关于量子物理学基础的实际实验大量涌现，这不仅有力地支持了早期的观点，还帮助我们深化了对量子现象的直觉理解。最近，实验已经开始以全新的方式应用一些基本现象，例如量子密码学是量子不确定性的直接应用，量子隐形传态和量子计算则是量子纠缠（量子非定域性的基础概念）的直接应用。

接下来，我们将结合实验来讨论量子物理学中的一些基本概念，主要围绕与爱因斯坦 - 波多尔斯基 - 罗森悖论和贝尔定理相关的实验，也就是量子纠缠相关的实验。

2. 单粒子双缝实验

费曼曾说：“双缝实验蕴含着量子力学的核心，实际上，它包含了唯一的奥秘。”尽管两个或更多粒子的纠缠态意味着还有更多奥秘，但双缝实验仍值得我们关注。

以用中子进行的典型双缝实验为例，该实验测量的中子分布有两个显著特征： <