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人眼能不能看見單個光子?
人眼能不能看見單個光子?
中科院物理所     阅读简体中文版

   本報訊 一項測試人類視覺極限的試驗提供了迄今最強有力證據,表明我們的眼睛可以感知僅有三個光子的微弱閃光。

   美國伊利諾伊大學香檳分校物理學家Rebecca Holmes指出,這項研究通過向坐在一間暗室中的受試者眼中發射光子,將能夠最終證明人眼是否能感知單個光子。

   Holmes在美國物理學會于6月10日在俄亥俄州哥倫布市召開的一次會議上報告了其研究團隊的這一成果。她同時希望測試人眼是否能夠記錄量子效應,例如一個光子同時出現在兩個地方。

   研究人員從上世紀40年代便試圖確定人類感知所需的最小光子數量。

   視網膜中的視桿細胞已知對光線極其敏感。對采自青蛙的單個視桿細胞進行的實驗已經證明,這種細胞能夠對單個光子作出響應。但由于視網膜在處理信息過程中會減少假警報產生的噪音,因此單個細胞的響應未必能夠轉化為信號傳送給大腦,也就談不上對閃光產生知覺了。并且研究人員指出,進入眼中的超過90%——甚至多達97%——的光子甚至從未到達一個視桿細胞。它們被吸收或反射到眼睛的其他部分,例如角膜,因此不會被探測到。

   Holmes表示,之前的相關實驗將人類視覺極限定格于兩個到七個光子之間。但這些結論都是試探性的,因為研究人員并不知道每次閃光包含有多少個光子:他們只能估計一個范圍。

然而Holmes采用了量子光學實驗室使用的一項技術,能夠精確計數一束激光到底包含有多少個光子。這一方法之前從未用于測試人類的視覺極限。

   Holmes及其同事讓受試者坐在一間暗室中并凝視一個十字線靶心,之后讓包含不同光子數的閃光進入受試者的眼中。研究人員向受試者詢問看到這些閃光是來自左側還是右側,抑或他們根本什么也沒有看到。

“我自己已經做過很多次了。”Holmes說,“如果你坐在一片黑暗中,那么出來1個小時以后你會說,‘我不能肯定自己到底看到了什么。’”

為了測試人眼是否能夠覺察到3個光子,研究人員將含有30個光子的閃光送入人眼,并期待至多有10%的光子能夠穿過視網膜。Holmes說,結果顯示,受試者對閃光位置的正確判斷經常高于碰巧的猜測,因此成為一個在統計學上具有說服力的案例,表明他們至少能夠看到具有三個光子的閃光。

   瑞士日內瓦大學量子光學研究人員Nicolas Gisin認為,這一研究成果是迄今為止最棒的證據,表明人眼能夠探測到三個光子。Holmes強調,她的團隊還沒有采集到足夠的證據,證明人眼能夠識別單個光子。

光子是傳遞電磁相互作用的基本粒子,是一種規范玻色子。光子是電磁輻射的載體,而在量子場論中光子被認為是電磁相互作用的媒介子。與大多數基本粒子(如電子和夸克)相比,光子沒有靜止質量。(趙熙熙)

作者:趙熙熙

來源:科學網

2015-08-23 08:55

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