作者:赵熙熙 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2015/6/15 23:59:14
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三光子或为人类视觉极限
科学家期待证明人眼能否看到单一光子

 

本报讯 一项测试人类视觉极限的试验提供了迄今最强有力证据,表明我们的眼睛可以感知仅有三个光子的微弱闪光。

美国伊利诺伊大学香槟分校物理学家Rebecca Holmes指出,这项研究通过向坐在一间暗室中的受试者眼中发射光子,将能够最终证明人眼是否能感知单个光子。

Holmes在美国物理学会于6月10日在俄亥俄州哥伦布市召开的一次会议上报告了其研究团队的这一成果。她同时希望测试人眼是否能够记录量子效应,例如一个光子同时出现在两个地方。

研究人员从上世纪40年代便试图确定人类感知所需的最小光子数量。

视网膜中的视杆细胞已知对光线极其敏感。对采自青蛙的单个视杆细胞进行的实验已经证明,这种细胞能够对单个光子作出响应。但由于视网膜在处理信息过程中会减少假警报产生的噪音,因此单个细胞的响应未必能够转化为信号传送给大脑,也就谈不上对闪光产生知觉了。并且研究人员指出,进入眼中的超过90%——甚至多达97%——的光子甚至从未到达一个视杆细胞。它们被吸收或反射到眼睛的其他部分,例如角膜,因此不会被探测到。

Holmes表示,之前的相关实验将人类视觉极限定格于两个到七个光子之间。但这些结论都是试探性的,因为研究人员并不知道每次闪光包含有多少个光子:他们只能估计一个范围。

然而Holmes采用了量子光学实验室使用的一项技术,能够精确计数一束激光到底包含有多少个光子。这一方法之前从未用于测试人类的视觉极限。

Holmes及其同事让受试者坐在一间暗室中并凝视一个十字线靶心,之后让包含不同光子数的闪光进入受试者的眼中。研究人员向受试者询问看到这些闪光是来自左侧还是右侧,抑或他们根本什么也没有看到。

“我自己已经做过很多次了。”Holmes说,“如果你坐在一片黑暗中,那么出来1个小时以后你会说,‘我不能肯定自己到底看到了什么。’”

为了测试人眼是否能够觉察到3个光子,研究人员将含有30个光子的闪光送入人眼,并期待至多有10%的光子能够穿过视网膜。Holmes说,结果显示,受试者对闪光位置的正确判断经常高于碰巧的猜测,因此成为一个在统计学上具有说服力的案例,表明他们至少能够看到具有三个光子的闪光。

瑞士日内瓦大学量子光学研究人员Nicolas Gisin认为,这一研究成果是迄今为止最棒的证据,表明人眼能够探测到三个光子。Holmes强调,她的团队还没有采集到足够的证据,证明人眼能够识别单个光子。

光子是传递电磁相互作用的基本粒子,是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体,而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子(如电子和夸克)相比,光子没有静止质量。(赵熙熙)

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