Eksperimen pemikiran berusia seratus tahun yang diusulkan oleh Albert Einstein untuk menantang ide Niels Bohr tentang mekanika kuantum telah direalisasikan dalam uji coba dunia nyata. Peneliti yang dipimpin oleh Chao-Yang Lu di University of Science and Technology of China menggunakan alat modern untuk mengonfirmasi prinsip komplemen Bohr. Temuan menunjukkan bahwa cahaya menunjukkan sifat gelombang dan partikel, tetapi tidak secara bersamaan dengan cara yang jelas.
Persaingan antara Albert Einstein dan Niels Bohr mengenai mekanika kuantum berasal dari tahun 1927, berpusat pada eksperimen celah ganda yang pertama kali ditunjukkan oleh Thomas Young pada 1801. Young membuktikan cahaya berperilaku sebagai gelombang dengan menunjukkan pola interferensi garis terang dan gelap pada layar setelah melewati dua celah. Einstein berpendapat cahaya adalah partikel, sementara Bohr memperkenalkan komplemen, yang menyatakan bahwa objek kuantum dapat bertindak sebagai gelombang atau partikel tetapi tidak keduanya sekaligus.
Einstein mengusulkan modifikasi eksperimen dengan celah yang bergerak mundur untuk melacak jalur foton, yang diyakininya akan mengungkap kedua perilaku secara bersamaan, bertentangan dengan Bohr. Hampir satu abad kemudian, Lu dan timnya di University of Science and Technology of China mewujudkannya. Mereka menembakkan satu foton tunggal ke atom ultradingin yang berfungsi sebagai celah, didinginkan oleh laser dan gaya elektromagnetik untuk kontrol presisi.
Atom itu bergerak mundur saat berinteraksi, menempatkan foton ke dalam keadaan yang meniru perjalanan melalui dua jalur dan menghasilkan pola interferensi. Dengan menyesuaikan ketidakpastian momentum atom, seperti yang diprediksi oleh prinsip ketidakpastian Heisenberg, tim dapat menghapus pola saat mengukur informasi jalur mana dengan tepat. Dalam rezim menengah, interferensi kabur muncul bersama data gerak mundur parsial, menunjukkan kedua sifat secara parsial. "Melihat mekanika kuantum 'beraksi' pada tingkat fundamental ini sungguh menakjubkan," kata Lu.
Argumen balasan Bohr terbukti benar: pengetahuan posisi yang tepat mengaburkan momentum, menghancurkan pola. Eksperimen terkait tahun ini oleh Wolfgang Ketterle di Massachusetts Institute of Technology menggunakan dua atom ultradingin dan laser, mengonfirmasi hasil serupa bahkan tanpa mekanisme gerak mundur. "Dalam fisika atom, dengan atom dingin dan laser, kita memiliki kesempatan nyata untuk menampilkan mekanika kuantum dengan kejelasan yang sebelumnya tidak mungkin," catat Ketterle.
Philipp Treutlein di University of Basel memuji pekerjaan tersebut karena sesuai dengan prediksi historis dan dampak pendidikannya. Lu berharap itu menginspirasi kekaguman terhadap keindahan mekanika kuantum. Hasilnya muncul di Physical Review Letters (DOI: 10.1103/93zb-lws3).