Спустя почти сто лет после того, как итальянский физик Этторе Майорана заложил основу для открытия того, что электроны можно разделить пополам, ученые предсказывают, что также могут существовать расщепленные фотоны. Это теоретическое исследование, проведенное учеными из Дартмута и Политехнического института SUNY.
Открытие того, что строительные блоки света могут существовать в ранее невообразимой расщепленной форме, углубляет фундаментальное понимание света и его поведения. Теоретическое открытие расщепленного фотона, известного как «бозон Майорана», было недавно опубликовано в Physical Review Letters . Это фундаментальный сдвиг парадигмы в том, как мы понимаем свет.
Подобно тому, как жидкая вода может при определенных условиях превращаться в лед или пар, свет, по-видимому, может существовать и в другой фазе: в той, в которой фотоны проявляются как две отдельные половины. Вода остается водой независимо от ее жидкой или твердой формы. Просто он ведет себя по-разному в зависимости от физических условий. Возможно, нам придется подойти к нашему пониманию света таким образом и предположить, что он может существовать в разных фазах.
Половинки фотонов можно рассматривать по мере того, как мы понимаем разные стороны медали. Две отдельные части образуют единое целое, но они могут быть независимо описаны и функционировать как отдельные единицы. При таком подходе каждый фотон можно рассматривать как сумму двух отдельных половин. Ученым только что удалось выявить условия их отделения друг от друга.
Есть два типа частиц: фермионы и бозоны. Фермионы, как и электроны, склонны к одиночеству, избегая друг друга любой ценой. Бозоны, такие как фотоны, склонны образовывать группы. Поэтому ученые предполагали, что расщепление бозонов будет невыполнимой задачей. Они сосредоточили свои соображения на изучении поведения света в углублении определенного типа. Эти анализы показали, что половинки частиц появляются на краях такой ментальной структуры. Это привело их к открытию бозона Майорана.
Это теоретическое открытие основано на предсказании 1937 года существования нейтральных электроноподобных частиц, известных как майорановские фермионы. В 2001 году исследователи показали, как в некоторых сверхпроводниках электроны можно разделить пополам, но фотон до сих пор оставался неделимым.
По словам группы, сделавшей это открытие, майорановские бозоны можно рассматривать как дальних родственников майорановских фермионов.
Едва ли в физике найдется две более разные вещи, чем фермионы и бозоны. Можно сказать, что эти частицы — искаженные изображения друг друга, как в кривых зеркалах парка развлечений. Вот почему существование майорановских фермионов было главным признаком того, что майорановский бозон тоже существует, но скрывается в каком-то искаженном образе.
Подтверждение существования майорановского бозона все еще требует лабораторного эксперимента, в котором наблюдаются полуфотоны. Исследовательская группа обсуждает это в своей работе, показывающей, что майорановские бозоны устойчивы к экспериментальным несовершенствам (т. е. экспериментальный набор не обязательно должен быть совершенным) и что их можно идентифицировать по отдельным сигнатурам (т. е. не будет вопроса о том, с чем мы имеем дело). с участием).
Хотя трудно предсказать, как это открытие будет использовано, можно ожидать, что расщепленные фотоны найдут применение в разработке новых типов квантовых информационных процессоров, оптических датчиков и усилителей света. Эти исследования также показывают путь к открытию новой, экзотической фазы материи и света.