二维量子回流观测研究获进展

两束顺时针方向扭曲的光束叠加在一起，在叠加后的暗区产生逆时针扭曲的艺术渲染图。图片来源：华沙大学物理学院

波兰华沙大学物理学院研究人员将两束顺时针方向扭曲的光束叠加在一起，在叠加后的暗区产生逆时针扭曲。发表在新一期《光学》杂志上的这一发现，对光-物质相互作用的研究具有重要意义，并代表着朝着观察到一种被称为量子回流的特殊现象迈出了一步。

当你向前扔网球时，如果没有碰到障碍物，它不会突然改变方向，像回旋镖一样回到你身边。因为在经典力学中，物体只有一个已知的位置。然而，在量子力学和光学中，一个物体可处于叠加态，这意味着一个给定的粒子可同时处于两个或更多的位置。粒子的行为可能与网球完全相反，在某些时间段，它们可能有向后移动或反向旋转的可能性。物理学家称这种现象为回流。

研究中将两束顺时针方向扭曲的光叠加在一起，并在局部观察到逆时针扭曲。为了观察这一现象，研究人员使用了夏克-哈特曼波前传感器，该系统提供了高灵敏度的二维空间测量。他们研究了只带有负轨道角动量的两束光束的叠加，并在干涉图案的暗区观察到了局部正轨道角动量，这就是“方位回流”。

值得一提的是，携带轨道角动量的具有方位相位依赖性的光束在许多领域均有应用，比如光学显微镜或光镊。光镊目前被用来研究细胞膜或DNA链的力学性能，以及健康细胞和癌细胞之间的相互作用等。

研究人员表示，他们目前的演示可被解释为同相超振荡。他们提出的回流是相位快速变化的表现，这对于涉及光与物质相互作用的应用（例如光捕获或设计超精细原子钟）非常重要。除此之外，这是在观察二维量子回流方向上迈出的一步。

责任编辑：梁春雨

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