首次直接验证费曼路径积分两条基本假设
本报讯（记者朱汉斌）华南师范大学团队首次直接验证了费曼路径积分的两条基本假设。该研究填补了路径积分基本假设长期缺乏直接实验检验的空白，并为将更多路径积分模型和量子现象从理论推进到实验探索提供了新方法。相关成果近日发表于《科学进展》。
理查德·费曼于1948年提出的路径积分是现代量子物理最具影响力的理论框架之一。费曼提出了两条基本假设：第一，粒子到达终点的概率源于所有可能路径概率幅的复数相干干涉叠加；第二，所有路径贡献的概率幅模长相等，其相位由经典作用量唯一确定。路径积分深刻改变了量子物理的发展轨迹，为描述粒子相互作用、量子涨落和规范场提供了统一而直观的理论语言，推动了量子场论、费曼图方法和粒子物理标准模型的建立，并广泛应用于凝聚态物理、统计物理、宇宙学和量子引力等领域。更重要的是，它通过经典作用量将量子规律与经典物理联系起来，成为连接不同理论领域的重要桥梁。然而，围绕路径积分基本假设的直接实验研究一直有限。要直接检验这两条假设，需要精确获取大量可能路径的概率幅及相位，而微小测量误差会在路径重构过程中不断累积。
研究团队在前期传播子测量工作基础上，将实验保真度从87.6%提升至98.5%，实现了对大量经典与非经典路径完整概率幅信息的高精度重构。团队在离散时空区域内重构了141万余条允许路径的完整复概率幅，包括每条路径的模长和相位。
实验结果显示，将实测路径概率幅进行相干叠加后得到的量子概率分布，与独立测得的光子末态分布高度吻合，并明显区别于不考虑干涉的经典概率相加结果，从而直接验证了第一条假设。进一步的分析表明，在实验精度范围内，各条路径的概率幅模长保持一致，其相位与经典作用量的关系符合费曼理论预言，从而验证了第二条假设。两项检验与理论预期的保真度分别达到94.9%和94.7%。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1126/sciadv.aeh1011