Физики разделили на части частицы света: такого результата никто не ожидал
Ученые обнаружили, что разделение фотона приводит к сложному состоянию, которое может изменить представление об элементарных частицах.
Фотоны, то есть частицы света, нельзя разделить на более мелкие частицы, но если отрезать хвост фотона, то получится неожиданный поток частиц, как выяснили физики. Эксперимент показал, что разделенный фотон может привести к сложной смеси бесконечного числа фотонов. Это открытие может изменить представление о природе взаимодействия элементарных частиц. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, пишет Live Science.
Фотоны представляют собой фундаментальные частицы. Это значит, что их нельзя расщепить на более мелкие частицы, как, например, протон, состоящий из кварков. Но разделить фотон можно, ведь, согласно корпускулярно-волновому дуализму, ключевому принципу квантовой физики, частица света представляет собой одновременно и частицу, и волну. Соответственно, фотон имеет хвост, простирающийся в пространстве. Если использовать затвор для отсечения света, можно отрезать хвост фотона, что и сделали физики.
Одним из важных аспектов квантовой физики является ее вероятностная природа. Это значит, что пока частица не будет измерена, ее свойства находятся в суперпозиции множества вероятных значений. С помощью эксперимента физики определили, как разделение фотона влияет на эти вероятности. Выяснилось, что это создает сложную смесь фотонных состояний, включая состояние с бесконечным числом фотонов.
Используя квантовые уравнения для электромагнитного поля, физики выяснили, что разделение фотона создает квантовое состояние света, представляющее собой смесь, или суперпозицию, бесконечного множества фотонов. Это происходит потому, что на квантовом уровне пустое пространство на самом деле не пустое, а заполнено квантовыми полями, такими как электромагнитное поле, каждое из которых имеет крошечные колебания и может возбуждаться, производя частицы. Разделение фотона запускает такой процесс.
Физиков удивило то, что происходит, если проводить измерения раздленного фотона с разных точек зрения.
"Когда вы проводите измерения с одной стороны затвора, это будет выглядеть как состояние с одним фотоном. А с другой стороны затвора это будет выглядеть как состояние вакуума, то есть отсутствие фотонов. И это очень странно, потому что фактическое состояние в целом представляет собой эту смесь от нуля до бесконечности фотонов", — говорят физики.
Тот факт, что эти сложные смеси можно рассматривать как очень простые состояния, поднимает фундаментальные вопросы о природе элементарных частиц. Ученые надеются, что используя результаты эксперимента они смогут разработать новый способ описания взаимодействий частиц.
Другие новости науки
- Ученые создали первые в мире ядерные часы: путь к неизвестной физике открыт.
- Российский модуль МКС опасен для астронавтов: РФ может откажется от него.