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(2) In future presentations of the research findings, in addition to the course project website and public presentations, your real name and personal information will not appear in this research report. If you are interested in the research results, we can provide you with an executive summary after the study is completed.
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物理實驗

量子雙狹縫:一次一顆光子

把光子一顆一顆發射:每顆都隨機落在屏幕某處,但累積幾千顆後,干涉條紋自己浮現——單一光子跟自己干涉。打開「路徑偵測器」看條紋瞬間消失,體驗量子力學最深的謎。
t = 0.00 s

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

路徑偵測器(觀測光子走哪條縫)
發射速率
波長 λ
縫距 d
疊加理論機率曲線

即時量測

已偵測光子數
0
條紋間距理論 λL/d
mm
每顆光子的落點
完全隨機,無法預測
大量光子的分布

畫面符號圖例

  • 光子槍一次射一顆,偵測屏累積成干涉條紋
  • 路徑偵測器 ON(👁)=知道走哪一縫,干涉條紋消失

實驗任務

  1. 一顆一顆地干涉:速率調到 10 顆/秒,按開始。前一百顆看起來雜亂無章; 把速率調到 500 累積上萬顆——條紋自己浮現了。 重點:光子是一顆一顆通過的,沒有同伴可以「一起干涉」——它跟自己干涉。
  2. 觀測摧毀干涉:打開路徑偵測器(知道每顆光子走哪條縫)再累積—— 條紋消失,只剩一團。「知道路徑」與「干涉條紋」不可兼得, 這是互補原理,不是儀器不夠好。
  3. 隨機中的規律:單顆落點無法預測,但分布精確服從波動理論的 I(y)。 把「疊加理論機率曲線」打開對照——量子力學給的是機率,而機率分布是嚴格可預測的。
  4. 參數驗證:λ 或 d 改變後重新累積,直方圖峰距符合 Δy=λL/d 嗎? 和古典雙狹縫實驗(光學區)的連續條紋對照著看。

模型與假設

模型:每顆光子的落點由機率密度取樣(拒絕取樣法)—— 偵測器關閉:p(y) ∝ cos²(πdy/λL)·sinc²(πay/λL)(雙縫干涉×繞射包絡); 偵測器開啟:p(y) ∝ sinc²(πay/λL)(兩條單縫機率相加,干涉項消失)。縫寬 a=0.03 mm、屏距 L=1.5 m。
假設:這是對量子實驗統計結果的模擬,並未模擬波函數演化本身; 真實單光子實驗(如 1989 年濱松光子學單電子版本)的累積影像與此一致。