반갑습니다 선생님!

Can the double-slit experiment distinguish between quantum interpretations?
https://doi.org/10.1038/s42005-023-01315-9
위에 알려주신 논문 링크를 찾아들어가보니, 눈에 띄는 제목이 있네요. 이란 학자들의 논문이며, 검출 스크린을 옆에도 놓고, 시계로 잘 재면, 해석에 따라서 무늬나 형태도 다르다는 걸 열심히 계산해 놨네요. 직접 실험한 것이 아니라, 실험 구상인 것 같네요.

"겹실틈 실험의 실제 실험과 올바른 해석"(https://bit.ly/3ZeRBNv)에 인용한 Bach et al. (2013)의 실험은 겹실틈을 만든 뒤 가림막을 만들어 이동시킵니다. 그렇게 함으로써 두 실틈에 대해 (1) 둘 다 닫힌 경우 (2) 첫 번째 실틈만 열린 경우 (3) 두 실틈 모두 열린 경우 (4) 두 번째 실틈만 열린 경우 (5) 다시 두 실틈 모두 닫힌 경우에 차례로 스크린에 찍히는 점들의 분포를 보여줍니다.

Bach, R. et al. (2013) Controlled double-slit electron diffraction. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/15/3/033018

"In 1965, Richard Feynman presented a thought experiment to show these features. Here we demonstrate the full realization of his famous thought experiment. By placing a movable mask in front of a double-slit to control the transmission through the individual slits, probability distributions for single- and double-slit arrangements were observed. Also, by recording single electron detection events diffracting through a double-slit, a diffraction pattern was built up from individual events."

리처드 파인만이 1965년에 이 이야기를 할 때만 해도 그냥 사고실험이었지만, 이제는 직접 실험해서 확인할 수 있는 시대가 되었습니다. 위에 인용한 실험도 발표된 지 벌써 12년이 지났습니다.

<양자역학을 어떻게 이해할까?> 19쪽에 언급된 "추가적 관측을 겹실틈 바로 뒤에서가 아니라 식별 스크린 바로 앞에서 수행하는 실험"을 더 정교하게 할 수도 있겠지만, 제 의견에는 이미 기존의 겹실틈 실험 특히 위에 인용한 Bach et al. (2013)에서 어느 정도는 이미 한 셈이 아닐까 생각합니다. 왜냐하면 실험의 에너지 규모를 조절하여 방출되는 전자가 하나씩 나올 수 있도록 한 것이라서, 스크린 바로 앞에서 전자의 위치를 관측한 것과 비슷한 효과가 있을 터이기 때문입니다. 아마 이 아이디어를 적용한다면, 실제로 스크린 바로 앞에서 아주 약하게 전자의 위치를 관측하는 실험을 해 볼 수 있을 것입니다.

첨부한 그림은 Bach et al. (2013) 실험의 보충자료에 있는 실험세팅입니다.

실상 <양자역학을 어떻게 이해할까?> 19-20쪽에 언급된 실험과 관련된 논의는 219-226쪽에 상세하게 다루어져 있습니다. 특히 셋째 해석(관측장치가 필연적으로 대상에 영향을 미친다)과 넷째 해석(대상의 모순적 양면성이 관측여부에 따라 나타난다) 중 어느 것이 옳은가 하는 문제는 224-226쪽에 논의되어 있습니다.

약간 맥락은 다르지만, "뒤늦은 '선택' 양자지우개 실험(Delayed Choice Quantum Eraser, DCQE)"이라 부르는 실험도 이 문제가 연결됩니다. 나중에 6장을 다룰 때 더 상세하게 깊이 이야기될 것입니다.

파인만의 사고실험을 실제로 실험실에서 보인 것은 꽤 오래된 일입니다. 2010년 무렵 실험을 성공했고, 2013년 Bach et al. (2013)이 확실한 결과를 보여주었습니다. 그 뒤로도 실험 기법이 더 발전하고 더 정교해졌습니다.

아래 논문 목록 중 Luo et al. (2024)는 이런 실험을 학부 수준 실험실에서도 그리 어렵지 않게 할 수 있음을 보여주고 있습니다.

Stefano Frabboni, Gian Carlo Gazzadi, Giulio Pozzi (2010) Ion and electron beam nanofabrication of the which-way double-slit experiment in a transmission electron microscope. Appl. Phys. Lett. 97, 263101 (2010) https://doi.org/10.1063/1.3529947

Tavabi, A.H., Boothroyd, C.B., Yücelen, E. et al. (2019) The Young-Feynman controlled double-slit electron interference experiment. Sci Rep 9, 10458. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43323-2

Vo Van, T., Vu Duc, V. (2022) Which-way identification by an asymmetrical double-slit experiment with monochromatic photons. Sci Rep 12, 3709. https://doi.org/10.1038/s41598-022-07662-x

B. J. Luo et al. (2024) Young's double-slit interference demonstration with single photons. Am. J. Phys. 92, 308–316 https://doi.org/10.1119/5.0179131

이와 관련하여 "윌러의 뒤늦은 선택 실험"(https://bit.ly/43r5XMg)을 다시 살펴볼 필요가 있습니다. 이 실험과 19-20쪽의 서술이 연결될 것 같은데, 아직 명료하지 않아서 더 고민해 보고 나중에 질문을 달겠습니다.