Российские ученые объяснили, как менять характеристики электронов

Ученые из Томска выяснили, что внутренние характеристики электронов можно произвольным образом менять, манипулируя формой его волны. Теоретическое обоснование этой идеи и ее возможные применения были представлены в журнале Physical Review A.

«У нашего исследования есть как фундаментальные, так и практические приложения. Например, можно создавать пучки электронов и других частиц с заранее заданными характеристиками и использовать их для анализа структуры метаматериалов, изучения элементарных частиц, в атомной и ядерной физике, космологии и других науках», — говорит Дмитрий Карловец из Томского государственного университета.

Сегодня практически все физики, за исключением небольшой группы маргиналов, полагают, что фотоны, электроны и прочие «жители» микромира одновременно ведет себя и как частицы, и как электромагнитные волны. На базе этого феномена, который в прошлом не совсем корректно называли «корпускулярно-волновым дуализмом», построены многие современные технологии, такие как матрицы фотокамер и различные светодатчики.

Как передает пресс-служба Российского научного фонда, Карловец и его коллеги показали, что схожие операции можно производить не только с частицами света, но и с электронами, заставляя их менять свой «уровень намагниченности», манипулируя их квантово-волновыми свойствами.

В прошлом, как отмечают ученые, физики считали, что подобную операцию осуществить невозможно, так как магнитные характеристики электрона зависят исключительно от того, как распределен заряд по частице и того, в какую сторону направлен ее спин.

Российские исследователи выяснили, просчитывая свойства этих частиц, что на «намагниченность» электрона влияет и то, в каком квантовом состоянии он находится в тот момент, когда его свойства измеряют.

Иными словами, это свойство, так называемый дипольный магнитный момент электрона на языке науки, оказался не фундаментальной константой, а параметром, чье значение зависит от того, как выглядит волна частицы.

В этом отношении, как отмечают исследователи, электрон похож на так называемые лучи Эйри и пучки Бесселя. Они представляют собой особым образом «закрученные» пучки частиц света, способные закручиваться в спираль или принимать загнутую форму без участия линз и других оптических приборов.

Меняя свойства электронов подобным образом, ученые смогут создавать интересные пучки заряженных частиц, которые можно будет использовать для различных квантовых вычислений, сверхточного измерения различных свойств одиночных атомов, анализа электромагнитных характеристик «невозможных» метаматериалов и множества других целей.