双缝实验是量子物理学中最著名的——也可能是最重要的实验。单个粒子被射向一个有两个开口的墙壁，在这两个开口后面有一个探测器测量粒子到达的位置。这个实验表明粒子不会像经典物体那样沿着非常特定的路径移动，而是同时沿着多条路径移动：每个单独的粒子都通过了左侧和右侧的开口。

然而，这通常只能通过反复进行实验并在最后评估许多粒子检测的结果来证明。在维也纳技术大学，研究人员开发了一种可以纠正这一缺陷的双缝干涉实验的新变体：他们在特定的位置测量单个中子，由于复杂的测量设置，这个单个测量已经证明粒子移动是同时沿着两条不同的路径。他们甚至可以确定中子在两条路径之间的分布比例。因此，无需求助于统计论证，就可以证明量子叠加现象。该结果现已发表在《物理评论研究》杂志上。

双缝实验

维也纳技术大学原子研究所的Stephan Sponar解释说:“在经典的双缝实验中，双缝后面会产生干涉图案。粒子同时以波的形式移动通过两个开口，然后两个分波会相互干扰。在某些地方它们相互加强，在其他地方它们会相互抵消。”

在非常特定的位置测量双缝后面的粒子出现的概率取决于这种干涉图案：在放大量子波的地方，测量粒子的概率很高。在量子波被抵消的地方，则概率很低。当然，通过观察单个粒子是无法看到这种波分布的。只有当实验重复多次时，波形才会逐点、逐粒地变得越来越容易辨认。

广岛大学的Holger Hofmann开发了该实验背后的理论，他说：“因此，单个粒子的行为是基于通过对许多粒子的统计调查才能看到的结果来解释的。当然，这并不完全令人满意。因此，我们考虑了如何根据单个粒子的检测来证明双缝干涉现象。”

旋转中子

这是在位于格勒诺布尔的劳厄-兰格文研究所(ILL)的中子源的中子的帮助下实现的。中子被发送到一个晶体上，该晶体将中子的量子波分成两个分波，这与经典的双缝实验非常相似。两个部分的中子波沿着两条不同的路径运动并再次重新组合。它们相互干扰，然后被测量。

然而，除此之外，他们还利用了中子的另一个特性：自旋，即粒子的角动量。它会受到磁场的影响，然后中子的角动量会指向不同的方向。如果中子的自旋只在两条路径中的一条上旋转，那么之后就可以确定它走的是哪条路径。然而，由于量子力学的互补性原理，干涉图案也会随之消失。

该论文的第一作者Hartmut Lemmel解释道：“因此，我们稍微旋转了中子的自旋，那样干涉图案仍然存在，因为你只能获得关于路径的非常少的信息。为了仍然获得精确的路径信息，这种‘弱’测量在常规实验中重复了很多次。然而，这得到的只是关于整个中子集合的一个统计数据，而对每个单独的中子几乎没有任何说明。”

反转旋转

如果在两个中子分波合并后，使用另一个磁场再次使自旋回到原来的位置，那么情况就不同了。通过反复试验，他们可以确定将叠加态的自旋转回原始方向所需的旋转角度。这种旋转的强度是衡量中子在每条路径中存在的强度指标。如果它只采用自旋旋转的路径，则需要旋转完整的角度才能将其旋转回来。如果它采取了另一条路径，则根本不需要反向旋转。在使用特殊的非对称分束器进行的实验中，结果表明，中子在一条路径上占三分之一，在另一条路径上占三分之二。

通过详细的计算，该团队能够表明：在该研究中，人们不仅检测到所有测量中子的平均值，而且它也适用于每个单独的中子。确定最佳旋转角度需要许多中子，但一旦设置好，由此确定的路径存在就会应用在检测到的每一个中子上。

Stephan Sponar说：“我们的测量结果支持经典量子理论。其新颖之处在于，人们不必求助于令人不满意的统计论据：在测量单个粒子时，我们的实验表明它必须同时走两条路径，并明确量化了各自的比例。”这就排除了试图解释双缝实验量子力学特性的其他解释。（编译:Qtech）