彈奏吉他弦時，它會像任何振動的物體一樣振動，就像波浪一樣波動，正如古典物理學定律所預測的那樣。但是根據描述物理學在原子尺度上工作方式的量子力學定律，振動不僅應表現為波，而且應表現為粒子（波粒二象性）。當在量子水平上觀察時，同一根吉他弦應作為聲子的單個能量單位振動。

現在，麻省理工學院和瑞士聯邦理工學院的科學家首次在室溫下用普通材料製造並觀察到一個聲子。

之前研究人員僅在超冷溫度和真空中探測的精確設計的微觀材料中觀察到單聲子。

麻省理工學院卡夫裡天體物理與空間研究所的博士後維維舍克·蘇德希爾說：“我們的日常經驗認為振動是一種波動，而量子力學告訴我們振動是一種粒子，兩者之間存在二分法。由於我們的實驗是在非常實際的條件下進行的，因此打破了兩者的認識界限。”

該團隊開發的技術現在可以用於探測其它常見材料的量子振動。這可能有助於研究人員表徵太陽能電池中的原子過程，並確定為什麼某些材料在高溫下超導的原因。從工程角度來看，該團隊的技術可用於識別常見的攜帶聲子的材料，這些材料可在未來的量子計算機之間實現理想的互連或傳輸。

聲子是由量子力學描述的振動的單個粒子，也與熱有關。例如，當一個由相互連線的原子的有序晶格製成的晶體在一端被加熱時，量子力學預測熱量以聲子或分子之間鍵的單獨振動的形式通過晶體傳播。

單聲子很難檢測，主要是因為它們對熱敏感。聲子易受任何大於其自身的熱能的影響。暴露於較高的熱能下可能會觸發材料的聲子激發大量能量，從而使單個光子的探測成為一個麻煩。

蘇德希爾解釋說：“如果是這種情況，那麼聲子的振動就不能從熱環境中借用能量來激發一個以上的聲子。

為此，研究人員向材料中發射了一個光子脈衝（光粒子），希望一個光子會與單個聲子相互作用。發生這種情況時，在稱為拉曼散射的過程中，光子應以相互作用的聲子賦予其的不同能量反射回去。這樣，研究人員即使在超冷溫度下，也可以在精心設計的材料中檢測到單個聲子。

蘇德希爾表示：“如何擺脫圍繞該物體建立的複雜環境，並將這種量子效應帶到我們的常規環境中，以便在更常見的材料中看到它？”從某種意義上來說，這就像使量子力學平民化。”

研究小組將鑽石作為測試物件。當鑽石晶體在室溫下放置時，甚至不存在聲子運動，因為在室溫下沒有能量激發任何東西。

在這種振動安靜的聲子混合中，研究人員旨在激發一個聲子。他們向鑽石發出了高頻鐳射脈衝，每個脈衝由1億個光子組成。這是偶然的機會，其中一個光子會與聲子發生相互作用並反射回聲子。然後，研究小組將測量碰撞中光子下降的頻率以確認它確實撞擊了一個聲子。

為了揭示出激發的聲子的數量，研究人員在聲子的能量逐漸衰減時向鑽石發出了第二個鐳射脈衝。對於第一個脈衝激發的每個聲子，第二個脈衝可以將其去激勵，從而以新的更高能量的光子的形式帶走該能量。如果最初僅激發一個聲子，則應建立一個新的更高頻率的光子。

為了證實這一點，研究人員放置了一個半透明玻璃，這個新的，更高頻率的光子將通過該玻璃離開鑽石，並且在玻璃的兩側都裝有兩個檢測器。光子不會分裂，因此如果多個聲子被激發，然後被二次激發，則產生的光子應穿過玻璃並隨機散射到兩個探測器中。如果只有一個檢測器“點選”，表示檢測到單個光子，則研究團隊可以確保該光子與單個聲子相互作用。

蘇德希爾說：“這是確保我們只觀察一個聲子的巧妙技巧。”

光子與聲子相互作用的概率約為100億分之一。在他們的實驗中，研究人員以每秒8000萬個脈衝的速度對鑽石進行了激發，以檢測約100萬個光子-聲子相互作用。最後，他們發現具有統計學意義的結果是，他們能夠建立和檢測單個振動量子。

當傳送第二個鐳射脈衝以驗證確實建立了單個聲子時，研究人員延遲了該脈衝，並在激發聲子開始吸收能量時將其傳送到鑽石中。這樣，他們就能收集聲子本身衰減的方式。

蘇德希爾說：“因此，我們不僅能夠探測單個聲子的誕生，而且能夠探測其死亡。現在我們可以說，使用這種技術能夠研究單個聲子在您選擇的材料中消失所需的時間。這個數字非常有用。如果死亡時間很長，那麼該材料可以支撐相干聲子。如果是這樣，您可以用它做一些有趣的事情，例如太陽能電池中的熱傳輸以及量子計算機之間的互連。”