«Расщепленный» фотон открывает новый способ взглянуть на природу света
Когда почти столетие назад итальянский физик Этторе Майорана предположил, что электроны можно разделить пополам, революционная идея была в значительной степени недооценена. Теперь она служит краеугольным камнем физики. Используя то же любопытство, что и Майорана, исследователи из Дартмутской исследовательской группы Viola Research Group предсказывают, что расщепленные фотоны также могут существовать.
«Это серьезное изменение парадигмы того, как мы понимаем свет — ранее это считалось невозможным», — говорит автор исследования Лоренца Виола, профессор физики. «Мы не только нашли новую физическую сущность, но и никто не верил, что она может существовать».
Теоретическое открытие расщепленного фотона, известного как «майорановский бозон», продвигает фундаментальное понимание света и того, как он себя ведет. Исследование с описанием открытия было опубликовано в Physical Review Letters.
«Каждый фотон можно представить как сумму двух различных половин», — говорит Винсент Гуарини, ведущий автор статьи. «Мы смогли определить условия для изоляции этих половинок друг от друга».
Подобно тому, как жидкая вода может превращаться в лед или пар при определенных условиях, исследования показывают, что свет также может существовать в другой фазе — той, где фотоны появляются как две отдельные половинки.
«Вода — это вода, независимо от ее жидкой или твердой формы. Просто она ведет себя по-разному в зависимости от физических условий», — говорят ученые. «Вот как нам нужно подходить к нашему пониманию света — как материя, он может существовать в разных фазах».
Половинки фотона похожи не на части, которые можно физически разделить, а напоминают на две стороны монеты. Две отдельные части составляют единое целое, но их можно описать и заставить функционировать как отдельные единицы.
Новая теория полагается на полости с утечкой энергии, заполненные квантовыми пакетами света, и предсказывает, что половинки частиц появляются на краях такой синтетической платформы.
По-прежнему требуется лабораторный эксперимент, чтобы подтвердить, что фотоны могут существовать в этой ранее невообразимой расщепленной форме. В отличие от массивных устройств, построенных для обнаружения знаменитого бозона Хиггса, испытание на обнаружение половин фотона можно проводить на столе с использованием уже существующих или самых ближайших технологий.
По словам ученых, исследование указывает путь к открытию новых, экзотических фаз материи и света. Трудно предсказать, как результаты могут быть применены на практике, но бозон Майорана может поддерживать квантовые вычисления, оптические датчики и усилители света.