近日，华南师范大学物理学院冷原子团队与量子物质研究院合作，在国际上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。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。
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。它以一组简洁深刻的规则描述量子演化：从初态到末态的所有可能路径分别贡献一个复概率幅，这些路径相干叠加后产生最终的量子态。费曼为此提出两条基本假设：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。杨振宁先生曾将费曼的路径积分视为费曼最重要的科学贡献，认为它把量子化、对称性和相位因子三条20世纪理论物理的主旋律融于一个公式之中。
然而，围绕路径积分基本假设的直接实验研究一直十分有限。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其相位，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%。
值得一提的是，该成果受到《新科学家》（New Scientist）关注。该刊于8月28日以“Richard Feynman′s 80-year-old quantum postulate has now been validated”为题刊发报道，指出费曼近80年前提出的、构成现代物理重要基础的路径积分基本假设首次获得直接实验检验。 随后，国际科技新闻网站Phys.org于8月31日以“Physicists finally put Feynman′s path integral to the test”为题报道该成果，指出实验结果与费曼的理论预言高度一致，并认为这一高精度实验代表了量子测量领域一项富有前景的进展。
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