Наука Фізики розділили частинки світла на частини: такого результату ніхто не очікував
Вчені виявили, що розщеплення фотона призводить до складного стану, який може змінити уявлення про елементарні частинки.
Фотони, тобто частинки світла, не можна розділити на дрібніші частинки, але якщо відрізати "хвіст" фотона, то вийде несподіваний потік частинок, як з’ясували фізики. Експеримент показав, що розділений фотон може призвести до утворення складної суміші нескінченної кількості фотонів. Це відкриття може змінити уявлення про природу взаємодії елементарних частинок. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Live Science.
Фотони є фундаментальними частинками. Це означає, що їх неможливо розщепити на дрібніші частинки, як, наприклад, протон, що складається з кварків. Але розділити фотон можна, адже, згідно з корпускулярно-хвильовим дуалізмом, ключовим принципом квантової фізики, частинка світла є одночасно і частинкою, і хвилею. Відповідно, фотон має хвіст, що простягається в просторі. Якщо використовувати затвор для відсікання світла, можна відрізати хвіст фотона, що й зробили фізики.
Відео дня
Одним із важливих аспектів квантової фізики є її ймовірнісна природа. Це означає, що доки частинка не буде виміряна, її властивості перебувають у суперпозиції безлічі ймовірних значень. За допомогою експерименту фізики визначили, як поділ фотона впливає на ці ймовірності. З’ясувалося, що це створює складну суміш фотонних станів, включаючи стан із нескінченною кількістю фотонів.
Використовуючи квантові рівняння для електромагнітного поля, фізики з’ясували, що поділ фотона створює квантовий стан світла, який являє собою суміш, або суперпозицію, нескінченної множини фотонів. Це відбувається тому, що на квантовому рівні порожній простір насправді не порожній, а заповнений квантовими полями, такими як електромагнітне поле, кожне з яких має крихітні коливання і може збуджуватися, утворюючи частинки. Розщеплення фотона запускає такий процес.
Фізиків здивувало те, що відбувається, якщо проводити вимірювання розділеного фотона з різних точок зору.
"Коли ви проводите вимірювання з одного боку заслінки, це виглядатиме як стан з одним фотоном. А з іншого боку заслінки це виглядатиме як стан вакууму, тобто відсутність фотонів. І це дуже дивно, тому що фактичний стан загалом являє собою цю суміш від нуля до нескінченності фотонів", — кажуть фізики.
Той факт, що ці складні суміші можна розглядати як дуже прості стани, порушує фундаментальні питання щодо природи елементарних частинок. Вчені сподіваються, що, використовуючи результати експерименту, вони зможуть розробити новий спосіб опису взаємодій частинок.
Інші новини науки
- Вчені створили перший у світі ядерний годинник: шлях до невідомої фізики відкрито.
- Російський модуль МКС є небезпечним для астронавтів: РФ може відмовитися від нього.