Descoperirea unui foton divizat oferă o nouă modalitate de a înțelege lumina

La aproape un secol după ce fizicianul italian Ettore Majorana a pus bazele descoperirii că electronii ar putea fi divizați în jumătăți, cercetătorii prevăd că ar putea exista și un foton divizat, potrivit unui studiu realizat de cercetătorii de la SUNY Polytechnic Institute și Dartmouth.

Descoperirea faptului că blocurile de construcție ale luminii pot exista într-o formă de scindare inimaginabilă anterior avansează înțelegerea fundamentală a luminii și a modului în care aceasta se comportă, scrie Eurek Alert!.

• Neutrinii ar putea fi cheia pentru studierea nucleului Soarelui
• Oamenii de știință au găsit 128 de sateliți noi în jurul lui Saturn

Acest teoretic foton divizat, cunoscut sub numele de „bosonul Majorana”, a fost descris în Physical Review Letters.

„Aceasta este o schimbare majoră de paradigmă a înțelegerii luminii, într-un mod pe care nu îl credeam a fi posibil. Nu numai că am găsit o nouă entitate fizică, dar a fost una despre care nimeni nu credea că ar putea exista”, a spus Lorenza Viola, cercetătoare la Dartmouth.

Similar cu modul în care apa lichidă se poate transforma în gheață sau vapori în condiții specifice, cercetarea indică faptul că lumina poate exista și într-o fază diferită, una în care fotonii apar ca două jumătăți distincte.

„Apa este apă, indiferent de forma ei lichidă sau solidă. Pur și simplu se comportă diferit în funcție de condițiile fizice. Așa trebuie să abordăm și înțelegerea luminii: ca și materia, ea poate exista în diferite stări”, a spus Viola.

Mai degrabă decât bucăți care pot fi desfăcute fizic, jumătățile de fotoni sunt similare cu diferitele fețe ale unei monede. Cele două părți distincte alcătuiesc un întreg, dar pot fi descrise și funcționa ca unități separate.

„Fiecare foton poate fi considerat ca suma a două jumătăți distincte. Am reușit să identificăm condițiile pentru izolarea acestor jumătăți una de cealaltă”, a spus Vincent Flynn, doctorand la Dartmouth.

Cercetarea are ca punct de plecare bazele fizicii

Particulele vin în două tipuri diferite: fermioni și bosoni. Fermionii, cum ar fi electronii, tind să fie solitari, evitându-se unul pe celălalt cu orice preț. Bosonii, cum ar fi fotonii, tind să se adune. Astfel, era firesc ca cercetătorii să presupună că divizarea bosonilor ar fi o sarcină imposibilă.

Teoria oamenilor de știință de la Dartmouth se bazează pe cavități cu scurgere de energie și disipare care sunt cuplate între ele și umplute cu pachete cuantice de lumină. Cercetarea prezice că jumătățile de particule apar la marginile unei astfel de platforme sintetice: așa a fost descoperit bosonul Majorana.

„Descoperirea noastră oferă primul indiciu că ar putea exista o stare topologică a luminii și a materiei necunoscută anterior care găzduiește bosonii Majorana”, a spus Flynn.

Descoperirea teoretică se bazează pe predicția din 1937 a existenței unor particule neutre, asemănătoare electronilor, cunoscute sub numele de fermioni Majorana. În 2001, cercetătorii au sugerat un proces specific pentru modul în care electronii ar putea fi scindați în anumiți supraconductori. Dar fotonul rămăsese indivizibil până acum.

Un foton divizat seamănă cu un boson

Potrivit echipei de cercetare, bosonii Majorana pot fi priviți ca niște rude îndepărtate ale fermionilor Majorana.

„Fermionii și bosonii sunt la fel de diferiți pe cât pot fi două lucruri în fizică”, a spus Emilio Cobanera, profesor asistent de fizică la SUNY Polytechnic Institute și coautor al studiului.

„De fapt, o particulă este imaginea distorsionată a celeilalte. Existența fermionilor Majorana a fost principalul nostru indiciu că bosonul Majorana se ascundea undeva în oglindă”, a adăugat Cobanera.

Confirmarea bosonului Majorana ar necesita în continuare un experiment de laborator care să observe jumătățile de fotoni.

Spre deosebire de structurile masive construite pentru a detecta renumitul boson Higgs, un experiment pentru detectarea jumătăților de fotoni ar putea fi făcut pe o masă. Un astfel de experiment ar putea utiliza tehnologii existente sau din viitorul apropiat.

Echipa a descoperit că bosonii Majorana sunt robuști împotriva imperfecțiunilor experimentale și identificabili prin semnături distincte.

Deși este greu de prezis cum pot fi aplicate rezultatele, aceste caracteristici ar putea sprijini dezvoltarea de noi tipuri de procesoare de informații cuantice, senzori optici și amplificatoare de lumină. Cercetarea indică, de asemenea, calea către descoperirea unei noi faze exotice a materiei și luminii.

„Pentru a face această descoperire, a trebuit să contestăm convingerile foarte vechi și să gândim cu adevărat în afara cutiei. Am împărțit ceva ce se credea anterior a fi de nedespărțit și nu vom privi niciodată lumina în același mod”, a spus Viola.

Vă recomandăm să citiți și:

Angajat la NASA din greșeală. Pățania unui inginer, virală pe rețelele de socializare

Vizitatorii interstelari ar putea dispărea înainte ca omenirea să-i poată descoperi. Iată de ce

Mii de semnale radio noi, detectate de la surse cosmice aflate în apropiere

Iată cât de rapid ar putea o civilizație extraterestră să colonizeze galaxia Calea Lactee