Команда физиков обнаружила, что попытка разделить фотон приводит к спонтанной генерации бесконечного количества частиц из вакуума. Рассмотрим, как этот квантовый парадокс функционирует и почему он меняет представление о природе света.
В новом теоретическом исследовании ученые поставили интересный вопрос: что произойдет, если попытаться разделить элементарную частицу света — фотон? Ответ оказался парадоксальным, что в очередной раз подтверждает непредсказуемость и странность законов квантового мира. Вместо получения двух меньших фотонов, попытка «разрезать» один фотон приведет к спонтанному возникновению бесконечного числа новых частиц из вакуума.
Как объясняет команда исследователей под руководством Йоханнеса Скаара, фотон существует одновременно как локализованная частица и как протяженная волна. Чтобы смоделировать разрезание этой волны, ученые изучили прохождение одиночного фотона через сверхбыстрый оптический затвор — своеобразное зеркало, которое можно мгновенно активировать и деактивировать.
Для анализа специалисты использовали уравнения квантовой электродинамики, которые описывают поведение электромагнитного поля на субатомном уровне. Результаты показали, что вмешательство затвора не просто делит световой импульс. Нарушая квантовые флуктуации в вакууме, затвор создает сложную суперпозицию состояний, содержащую бесконечное количество фотонов.
Стоит подчеркнуть, что при этом система ведет себя обманчиво. Если смотреть только по обе стороны от затвора, состояние будет казаться нормальным: неотличимым от одного исходного фотона с одной стороны и вакуума с другой.
Это открытие наглядно демонстрирует фундаментальное различие между поведением квантовых объектов и привычных нам макроскопических тел. Работа поднимает важные вопросы о том, как измеряются квантовые системы и как информация локализуется в пространстве.
«Полученные результаты показывают, что квантовые частицы ведут себя иначе, чем обычные объекты» — отмечают авторы. В будущих исследованиях команда планирует выяснить, применима ли эта необычная физика к системам с несколькими фотонами или даже к другим элементарным частицам, таким как электроны.
Тем временем российские химики совместно с коллегами из Китая получили новое семейство редких низковалентных имидов свинца — молекулярных соединений, которые одновременно проявляют необычные люминесцентные свойства и высокую химическую активность.
Фото: hi-tech.mail.ru