[论文解读] A first experimental test of de Broglie-Bohm theory against standard quantum mechanics

G. Brida, E. Cagliero+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2002

Quantum Mechanics and Applications被引用 38

一句话总结

该实验通过双缝装置中的纠缠光子测试德布罗意-玻姆（dBB）理论与标准量子力学（SQM）的差异。与dBB理论预测的当两个探测器位于双缝对称轴同一侧半平面时应无符合事件相反，实验观察到明显的符合峰——比背景高8个标准差，证实了SQM并在此实验条件下否定了dBB理论。

ABSTRACT

De Broglie - Bohm (dBB) theory is a deterministic theory, built for reproducing almost all Quantum Mechanics (QM) predictions, where position plays the role of a hidden variable. It was recently shown that different coincidence patterns are predicted by QM and dBB when a double slit experiment is realised under specific conditions and, therefore, an experiment can test the two theories. In this letter we present the first realisation of such a double slit experiment by using correlated photons produced in type I Parametric Down Conversion. Our results confirm QM contradicting dBB predictions.

研究动机与目标

• 在两种理论预测不同的领域中，测试德布罗意-玻姆（dBB）理论与标准量子力学（SQM）的差异。
• 研究dBB理论（其假设粒子轨迹由非局域量子势引导）是否能在双缝实验中对全同粒子重现SQM的预测。
• 确定当两个探测器相对于双缝的中线对称轴位于同一侧半平面时，dBB理论是否预测符合事件为零。
• 在dBB与SQM产生不同结果的配置下，利用关联光子提供对dBB理论的决定性实验检验。

提出的方法

• 使用波长为351 nm的泵浦激光，通过锂碘酸盐晶体中的I型参量下转换产生纠缠光子对。
• 将波长为702 nm的简并光子引导至间距100 µm、宽度10 µm的双缝上，该双缝通过光刻技术在玻璃基底上制备。
• 两个EG&G单光子探测器分别配备702 nm、4 nm FWHM的干涉滤波片和焦距25.4 mm、直径6 mm的透镜，分别置于距缝1.21 m和1.5 m处。
• 使用时间-幅度转换器（TAC）和单通道分析仪，以2.6 ns的时间窗口测量符合事件。
• 通过将TAC延迟时间偏移16 ns并从原始数据中减去，估算背景水平。
• 理论符合图案通过包含衍射效应和干涉项的公式计算，关键项为cos[ks(sinθ₁ − sinθ₂)]。

实验结果

研究问题

• RQ1 当两个探测器位于双缝中线对称轴同一侧半平面时，德布罗意-玻姆理论是否预测符合事件为零？
• RQ2 在双缝装置中使用纠缠光子的实验结果是否与标准量子力学预测一致，或与德布罗意-玻姆理论预测一致？
• RQ3 在全同粒子的双缝实验中，是否可观测到dBB理论中非交叉轨迹的违背？
• RQ4 在特定条件下，dBB轨迹的非遍历行为是否可在实验中被探测到？

主要发现

• 当两个探测器均置于对称轴同一侧时，具体位于-1.4 cm和-5.5 cm处，观察到明显的符合峰，背景扣除后每30分钟符合数为78 ± 10，表明存在显著信号。
• dBB理论预测该配置下符合数为零，但实测信号比零高8个标准差，强烈反驳dBB理论。
• 即使两个探测器均置于-4.44 cm和-11.7 cm（同一侧半平面），仍测得显著符合信号：在17次一小时采集中，平均每小时符合数为41 ± 14。
• 观测到的符合图案与包含干涉和衍射项的SQM预测公式完全一致，证实了量子力学描述的正确性。
• 当一个缝被遮挡时，符合峰消失，对应探测器的信号降至背景水平，证实两光子分别通过不同缝。
• 该结果为dBB理论与SQM在两者预测不同的条件下提供了首个决定性实验检验，强有力支持SQM。