北京
一项诞生近80年的量子物理学基础假设，首次在实验中被直接验证。理查德·费曼于1948年提出的“路径积分”构想，长期以来是现代物理学的重要支柱，但此前从未被实验直接检验过。如今，华南师范大学的朱诗亮团队通过测量光子穿过微型镜面、透镜与晶体迷宫时的行为，把这一教科书中的符号性指令变成了可观测的实验结果。
量子粒子极难分析，因为一旦与之相互作用，其性质就会受到影响。为此，研究人员发展出多种数学工具，用来预测粒子在特定条件下可能采取的行为。费曼路径积分正是其中之一。它的核心思路是：量子粒子在两点之间最可能走的路径，可以通过对所有可能路径进行一种特殊求和来预测。
路径积分进入教科书已有数十年，对粒子物理等领域的研究者来说不可或缺。但过去它更多停留在理论计算层面。此次实验的关键突破在于，团队找到了一种从实验数据中直接构造路径积分的方法。他们先测量光子的一系列传播子，再把它们相乘，从而得到该光子的路径积分。
具体操作中，研究人员对同一个光子在实验装置里测量了五个传播子。由于光子穿过迷宫时每个传播子都有大量可能的变化方式，团队最终测得了 1,419,857 条不同路径。随后，他们把这些路径全部代入费曼路径积分公式，看公式对光子行为给出什么预测，结果与实际观测一致。
朱诗亮表示，考虑到费曼理论在近八十年间取得的非凡成功，这一结果本身并不令人意外。但看到它真正起效，仍然令人震撼。他说，“对所有路径求和”这句熟悉的话，不再只是教科书里的符号性指令，他们能从实验数据中直接看到它的结果显现出来。
他还提到，这项实验难度很高，因为被测路径的数量极其庞大。大量路径的测量与处理，对实验设计和数据分析都提出了很高要求。团队此前已经掌握测量光子偏振等性质并重建传播子的方法，这次是在既有工作基础上向前推进了一步。
这次验证并不意味着费曼理论被推翻，而是补上了实验直接检验的一环。路径积分在理论物理中长期被广泛使用，其有效性早已通过间接方式得到大量支持。但直接实验验证仍具有独特意义，它让一个抽象的理论框架与可观测的物理过程之间建立了更直接的对应关系。
从更广的角度看，这项工作也展示了量子实验技术的进步。测量超过百万条路径并代入理论公式，需要精细的光学装置和数据处理能力。随着相关技术继续发展，过去只能停留在纸面上的量子理论构想，或许会有更多被直接检验的机会。
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