香 港 科 技 大 學 (科 大) 物 理 學 研 究 人 員 在 杜 勝 望 教 授 的 帶 領 下 ， 不 但 首 次 成 功 在 實 驗 中 觀 測 到 單 個 光 子(光 的 基 本 粒 子) 的 前 驅 波 ， 還 首 證 單 個 光 子 不 能 超 越 光 速 極 限c， 從 而 驗 證 愛 因 斯 坦 的 理 論 依 舊 有 效 ， 即 沒 有 任 何 物 體 的 運 動 可 以 比 真 空 中 的 光 走 得 更 快 ， 平 息 了 過 去 十 年 來 有 關 單 光 子 速 度 的 爭 論 。
科 大 物 理 學 系 助 理 教 授 杜 勝 望 及 其 研 究 團 隊 的 研 究 結 果 最 近 於 《 物 理 評 論 快 報 》 中 刊 登 。 文 章 的 合 作 撰 寫 人 包 括 科 大 物 理 學 系 研 究 生 張 善 超 、 陳 潔 菲 和 劉 暢 ， 以 及 兩 位 講 座 教 授 雷 明 德 和 王 克 倫 。 杜 教 授 團 隊 亦 已 於 過 去 兩 年 第 五 次 獲 聲 譽 卓 著 的 《 物 理 評 論 快 報 》 刊 登 研 究 文 章 ， 更 憑 著 上 述 研 究 第 二 次 獲 選 為 《 物 理 評 論 快 報 》 編 輯 推 介 論 文 。 此 外 ， 該 研 究 並 獲 美 國 物 理 協 會 在 其 物 理 學 綱 要 中 以 題 為 「 單 光 子 遵 從 光 速 極 限 」 作 重 點 推 介 。
杜 勝 望 教 授 團 隊 的 研 究 顯 示 ， 單 光 子 跟 一 般 的 電 磁 波 同 樣 都 遵 守 愛 因 斯 坦 的 相 對 論 。 愛 因 斯 坦 指 出 ， 光 速 是 星 際 旅 行 的 極 限 速 度 ， 簡 單 來 說 ， 即 沒 有 任 何 實 體 的 運 動 可 以 超 越 真 空 中 的 光 速 。 杜 教 授 團 隊 不 但 首 次 成 功 找 到 單 光 子 的 光 前 驅 波 ， 而 且 證 實 以 光 速 傳 播 的 光 前 驅 波 永 遠 是 單 光 子 波 包 中 最 快 的 部 分 ， 即 使 是 在 所 謂 的 「 超 光 速 （ 群 速 度 ） 」 介 質 裡 。
杜 教 授 表 示 ： 「 我 們 的 研 究 結 果 將 有 助 加 深 對 單 個 光 子 運 動 的 理 解 ， 以 及 確 定 了 光 訊 息 傳 播 速 度 的 上 限 。 我 們 證 實 了 單 光 子 速 度 不 能 超 越 光 速 ， 平 息 了 過 去 有 關 單 光 子 速 度 的 爭 論 ﹔ 從 應 用 層 面 來 看 ， 這 項 研 究 結 果 亦 將 加 深 科 學 家 們 對 量 子 訊 息 傳 播 機 理 的 理 解 。 」
科 大 校 長 陳 繁 昌 教 授 稱 ： 「 杜 勝 望 教 授 與 研 究 團 隊 成 功 證 實 物 理 學 中 的 關 鍵 特 質 ， 對 資 訊 傳 播 技 術 帶 來 深 遠 的 影 響 ， 我 對 此 感 到 十 分 欣 喜 。 他 們 的 研 究 成 果 ， 充 分 體 現 科 大 的 使 命 ， 透 過 發 展 及 深 化 基 礎 理 論 ， 提 升 科 研 對 社 會 發 展 的 影 響 力 。 作 為 一 所 著 重 科 研 的 研 究 型 大 學 ， 科 大 將 繼 續 透 過 多 方 面 的 突 破 性 研 究 ， 促 進 基 礎 理 論 與 應 用 科 學 的 發 展 。 」
十 幾 年 前 光 脈 衝 在 介 質 中 超 光 速 傳 播 現 象 的 發 現 ， 曾 經 引 起 無 數 人 對 時 間 穿 梭 的 的 遐 想 。 然 而 ， 隨 後 人 們 失 望 地 發 現 那 隻 不 過 是 一 大 群 光 子 組 成 的 光 脈 衝 的 群 速 度 ， 是 一 種 視 覺 效 應 ， 並 不 能 用 來 傳 遞 信 息 。 於 是 人 們 寄 望 於 單 光 子 ， 因 為 在 奇 異 的 量 子 世 界 裡 似 乎 什 麼 都 有 可 能 ： 或 許 單 個 光 子 在 那 裡 可 以 超 光 速 ， 因 為 它 可 以 不 需 要 遵 守 經 典 世 界 裡 的 規 則 。 由 於 缺 少 實 驗 的 證 據 ， 物 理 學 家 們 對 這 個 問 題 也 是 爭 論 不 休 。 為 了 解 決 上 述 問 題 ， 杜 教 授 團 隊 成 功 控 制 單 個 光 子 的 量 子 波 包 ， 並 測 量 了 單 光 子 的 速 度 極 限 。 研 究 發 現 ， 單 個 光 子 也 不 能 超 越 光 速c， 印 證 了 愛 因 斯 坦 的 理 論 ， 即 結 果 不 能 先 於 原 因 出 現 。
科 大 團 隊 進 行 研 究 時 ， 不 但 需 要 製 造 單 個 光 子 ， 更 要 將 單 個 光 子 的 光 前 驅 波 （ 位 於 光 學 脈 衝 最 前 端 ） 從 光 子 波 包 其 他 部 分 分 離 出 來 。 為 了 達 到 以 上 效 果 ， 杜 教 授 團 隊 先 預 備 一 對 光 子 ， 然 後 引 導 其 中 一 個 光 子 通 過 一 團 鐳 射 （ 激 光 ） 冷 卻 的 銣 原 子 ， 利 用 電 磁 誘 導 透 明 的 技 術 ， 終 於 成 功 觀 察 單 個 光 子 的 光 前 驅 波 ， 帶 來 革 命 性 突 破 。
團 隊 發 現 ， 光 前 驅 波 為 單 光 子 速 度 最 快 的 部 分 ， 永 遠 以 真 空 中 的 光 速 移 動 。 單 個 光 子 的 主 要 波 包 ， 無 論 在 任 何 介 質 中 均 不 能 超 越 光 在 真 空 中 的 速 度 。 在 慢 光 介 質 實 驗 裡 ， 該 團 隊 成 功 將 其 延 遲 達500納 秒 。 在 快 光 媒 介 內 ， 儘 管 一 個 光 脈 衝 的 群 速 度 可 以 比 真 空 的 光 速 快 ， 但 單 個 光 子 的 任 何 部 位 則 不 能 超 越 光 前 驅 波 ， 即 光 速 。
杜 勝 望 教 授2008年 加 入 科 大 物 理 學 系 成 為 助 理 教 授 ， 之 前 曾 於 美 國 史 丹 福 大 學 擔 任 博 士 後 學 者 。 杜 教 授 分 於 別 南 京 大 學 及 北 京 大 學 ， 取 得 電 機 工 程 學 士 及 物 理 碩 士 學 位 ， 並 於 美 國 科 羅 拉 多 大 學 波 爾 德 分 校 取 得 電 機 工 程 碩 士 與 物 理 學 博 士 學 位 。
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