Фотон – не просто самая маленькая частица, а невообразимо мелкая, квант энергии, составляющий световой поток. Когда-то считалось, что этот фундаментальный квант расщепить нельзя, а предположение итальянского физика Этторе Майорана о том, что все-таки можно, воспринималось чистой фантастикой. Однако конец ХХ века открыл и доказал, что фотоны можно расщепить и надвое, и натрое. Теперь с помощью разделенных фотонов физики хотят создать новую формулу света.
Майорановский фермион
Фотоны являют собой части калибровочных бозонов, и, порождая взаимодействие между частицами, переносят силы. Этторе Майорана в 1937 году решил описать фермионы – частицы с полуцелым спином, являющиеся собственной античастицей, как и фотоны. Для этого он создал специальное уравнение. Вот только все это противоречило выдвинутой в 1928 году теории Поля Дирака, описывающий любой фермион, античастица которого отличается от него (так, античастицей электрона является позитрон).
Майорана подумал, что теоретически такие частицы можно получить, расщепив на две части при помощи квантового эффекта электрон. Тогда получатся две связанные вместе частицы, только они будут достаточно удалены друг от друга. Другое дело, что до сегодняшнего дня майорановский фермион как элементарная частица никогда еще не наблюдался. Дело в том, что экспериментальное устройство, в котором они могли бы образоваться, реализовать очень трудно.
Майорановские фермионы удалось запечатлеть исследователям Окриджской национальной лаборатории в сотрудничестве с Институтом Макса Планка и Кембриджским университетом, правда, в виде квазичастиц в особом состоянии способности защищать квантовую информацию от декогеренции (квантовая спиновая жидкость). Затем в аномальной квантовой системе Холла, соединенной со сверхпроводником, обнаружили хиральные фермионы Майораны.
Сдвиг парадигмы
Нидерландские исследователи лаборатории Microsoft в 2018 году смогли-таки идентифицировать давно искомую частицу. В этом им помогли гибридные нанопроводы из полупроводникового и сверхпроводящего слоев. Спустя три года это исследование было отозвано по причине того, что в анализе исходных данных не было достаточной научной строгости.
Команда Лоренцо Виолы из Дартмутского колледжа в США расширили концепцию частиц Майорана, разработанную для фермионов. Теперь в ней появились такие расщепленные фотоны, как бозоны. Их можно получить, заставив выйти из системы лишь небольшое количество энергии.
❗Участившиеся случаи ограничения каналов вынудили нас заняться поиском альтернативных площадок. Канал про Космос мы уже перенесли в приложение SFERA. А скоро в SFERA появится и сервис для статей. Скачать мобильное приложение SFERA:
Систему в этом случае будут составлять цепочки полостей, через которые будет проходить энергия квантовых пакетов света. На каждом конце такой цепочки, лежащем на краю синтетической платформы, и должны появиться бозоны Майорана (половинки частиц).
«В понимании света такой сдвиг парадигмы просто был невозможен. Мы нашли новую физическую сущность, такую, о которой никто и думать не мог. Мы разделили то, что раньше считалось неразделимым, и мы никогда не будем смотреть на свет одинаково», – заявил Лоренцо Виола.
Разнофазные состояния
Подобно тому, как под воздействием давления и температуры вода переходит в газообразное или твердое состояние, точно так же свет в определенных условиях существует в разнофазных состояниях, при которых фотоны будут иметь две разные части, образующие единое целое, однако способные быть описанными и по отдельности.
Пока что это все теория. Чтобы доказать, что фотоны действительно могут существовать в расщепленной форме, нужен лабораторный эксперимент. Хотя принципиально исследование само по себе открывает путь к экзотическим фазам света и материи.
Бозоны Майорана могут стать полезны в том смысле, что могут сделать намного эффективнее, быстрее, а главное менее чувствительными к внешним возмущениям, квантовые компьютеры. Также их можно использовать при разработке усилителей света и оптических датчиков. Они идентифицируются по отдельным сигнатурам и устойчивы к экспериментальным недостаткам.
Чтобы не потерять нас, подпишитесь на telegram-канал, который мы ведём для проекта SFERA. Срочные новости будут в закреплённых сообщениях.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также: