Физики хотят разделить фотоны, чтобы создать новую форму света
В основе всего электромагнитного излучения, включая видимый свет, лежат кванты энергии, называемые фотонами. Фотоны являются частью бозона (частицы с общим спином) или, точнее, калибровочного бозона, который является носителем сил (производит взаимодействия между частицами). Физики из Дартмутского колледжа в США заявили, что можно расщепить фотон и получить новую частицу, частицу Майолана, которая никогда ранее не наблюдалась. Это приводит к появлению новой фазы света.
В 1937 году итальянский физик Этре Майолан создал фундаментальные уравнения, описывающие фундаментальные частицы с полуцелыми спинами, называемые фермионами. Фермионы, такие как кости и особенно фотоны, являются собственными античастицами. Это противоречит теории, предложенной полем Дирака в 1928 году. Она гласит, что античастица представляет собой частицу Ферми, античастица которой отличается от нее (например, электрон, античастицей которого является позитрон).
Чтобы частица была своей античастицей, она должна быть электрически нейтральной и иметь нулевой дипольный момент. Майон предположил, что такая частица теоретически может быть получена путем «расщепления» электрона на две части с помощью квантовых эффектов.
Однако фермионы никогда ранее не наблюдались в качестве фундаментальных частиц. Это связано с тем, что очень трудно реализовать экспериментальные установки, которые могли бы привести к таким фермионам. Тем не менее, в 2016 году исследователи из Национальной лаборатории ОК Ридж в сотрудничестве с Институтом Макса Планка и Кембриджским университетом наблюдали Фермино Майолана в виде квантовой спиновой жидкости. Она защищает квантовую информацию от декогеренции.
Читайте также: В легких обнаружен новый тип жизненно важных клеток
Группа экспертов объявила о том, что они идентифицировали новый тип клеток, развивающихся в легких. Эти клетки играют важную роль в правильном..
Как сообщается, в 2017 году хиральные фермионы Майолана были также обнаружены в необычной квантовой системе дырок, соединенных со сверхпроводником. Впоследствии, в 2018 году, исследователи из Microsoft Research Institute в Нидерландах объявили, что «гибридный» нанокорпус, состоящий из слоя полупроводящего материала, покрытого сверхпроводящим слоем, может быть использован для идентификации длинноволновых частиц. Однако в марте 2021 года команда в итоге отозвала исследование, сославшись на «отсутствие научной строгости» при анализе исходных данных.
В настоящее время несколько групп физиков продолжают поиски этой неуловимой частицы. Для этого Лоренца Виола и ее коллеги использовали новый подход и расширили концепцию многих частиц на бозоны (первоначально предназначенную для фермионов), например, фотоны. По их мнению, «частицы-маджоны» получаются путем принудительного выделения небольшого количества энергии из системы.
Рассматриваемая система состоит из множества полостей, заполненных квантовыми пакетами света, передающими энергию. Теоретически, половина частиц (бозоны Майлана) должна появляться на обоих концах цепочки. Это серьезная смена парадигмы в нашем понимании света таким образом, который не считался невозможным. «Мы не только открыли новую физическую сущность, мы открыли то, в существовании чего никто не сомневается», — говорится в заявлении Виолы.
Подобно тому, как вода может превращаться в лед или пар в зависимости от температуры и давления окружающей среды, ученые объясняют, что свет может существовать в разных стадиях при определенных условиях, если фотон состоит из двух разных частей. Эти две различные части образуют единое целое, но они могут быть объяснены и функционировать как отдельные единицы.
Пока, однако, это остается в области теории, и теперь требуются лабораторные эксперименты, чтобы подтвердить, что фотоны могут существовать в расщепленной форме, которая никогда не была представлена ранее. Исследование может открыть путь к новым и экзотическим фазам материи и света, отмечает команда.
Кроме того, полученные бозоны сделают квантовые компьютеры быстрее и эффективнее обычных компьютеров и, что более важно, менее чувствительными к внешним возмущениям, чем другие квантовые компьютеры, и могут быть использованы для разработки оптических датчиков и оптических усилителей. Виола заключает. «Мы разделили то, что раньше считалось неделимым, но мы не считаем свет равным».
