アルベルト・アインシュタインがニールス・ボーアの量子力学の考えに挑戦するために提案した100年前の思考実験が、現実世界のテストで実現されました。中国科学技術大学の盧超陽氏率いる研究者チームは、現代のツールを使用してボーアの補完性原理を確認しました。結果は、光が波と粒子の両方の性質を示すが、明確に同時にではないことを示しています。
アルベルト・アインシュタインとニールス・ボーアの量子力学をめぐるライバル関係は1927年に遡り、1801年にトーマス・ヤングが最初に実証した二重スリット実験を中心にしていました。ヤングは、光が2つのスリットを通った後にスクリーンに現れる明暗の干渉縞のパターンで、光が波として振る舞うことを証明しました。アインシュタインは光が粒子だと主張し、ボーアは補完性を導入し、量子物体は波または粒子のいずれかとして振る舞うが、両方同時にではないとしました。
アインシュタインは、光子の経路を追跡するための反動スリットで実験を修正することを提案し、これにより両方の振る舞いが同時に明らかになり、ボーアを矛盾させると信じていました。ほぼ1世紀後、中国科学技術大学の盧氏とそのチームがこれを実現しました。彼らは、レーザーと電磁力で精密制御された超低温原子（スリットとして機能）を1つの単一光子で照射しました。
相互作用により原子が反動を受け、光子を2つの経路を通ったような状態にし、干渉パターンを生成しました。ハイゼンベルクの不確定性原理で予測される原子の運動量不確定性を調整することで、チームは経路情報を正確に測定するとパターンを消去できました。中間領域では、ぼやけた干渉が部分的な反動データと共に現れ、両方の性質を部分的に示しました。「この基本レベルで量子力学が『行動』するのを見るのは、単に息をのむほどです」と盧氏は語りました。
ボーアの反論が正しかった：位置の正確な知識は運動量をぼかし、パターンを破壊します。今年のマサチューセッツ工科大学のウォルフガング・ケッターレによる関連実験は、2つの超低温原子とレーザーを使用し、反動機構なしでも同様の結果を確認しました。「原子物理学では、冷原子とレーザーにより、以前は不可能だった明瞭さで量子力学を披露する本物の機会があります」とケッターレは述べました。
バーゼル大学のフィリップ・トルートラインは、この仕事が歴史的予測に一致し、教育的な影響があると称賛しました。盧氏は量子力学の美しさに驚嘆を呼び起こすことを望んでいます。結果はPhysical Review Lettersに掲載（DOI: 10.1103/93zb-lws3）。