Pagal apibrėžimą elementariųjų dalelių negalima suskaidyti į mažesnius gabalėlius. Tačiau naujame teoriniame tyrime, paskelbtame žurnale „Physical Review Letters“, Johannes Skaar ir jo kolegos atskleidė, kas nutiktų, jei vis tiek bandytumėte suskaidyti vieną fotoną. Atsakymas yra labai keistas: bandymas perpjauti fotoną per pusę nesukurtų dviejų mažesnių fotonų, o sukurtų begalinį jų skaičių.
Neįmanoma perpjauti per pusę
Kaip ir bet kuri kvantinė dalelė, fotonas egzistuoja vienu metu kaip viena lokalizuota dalelė ir išplėstinė banga, pasklidusi erdvėje. Savo tyrimui Skaar komanda svarstė, kas nutiktų, jei vienas fotonas praeitų pro optinį užraktą – iš esmės labai greitą veidrodį, kurį galima įjungti ir išjungti, kad blokuotų dalį šviesos impulso. Jei užraktas būtų pakankamai greitas, jis galėtų perimti fotono impulsą jo viduryje, nukirpdamas dalį šios išplėstinės bangos.
Norėdami išsiaiškinti, kas nutiktų vėliau, tyrėjai pritaikė kvantines lygtis, apibūdinančias, kaip fotono pagrindinis elektromagnetinis laukas elgiasi kvantiniu lygmeniu. Tiksliau, jų analizė tiksliai stebėjo, kaip fotono kvantinė būsena pasikeistų dėl užrakto įsikišimo.
Begalinė superpozicija
Užuot sukūręs fotoną vienoje pusėje ir vakuumą kitoje, užraktas sukuria kažką daug keistesnio ir sudėtingesnio: būsenų, kuriose vienu metu yra be galo daug fotonų, superpoziciją.
Taip atsitinka todėl, kad kvantinėje mechanikoje tuščia erdvė nėra iš tikrųjų tuščia – iš tikrųjų ji kunkuliuoja nuo elektromagnetinio lauko svyravimų. Greitai perjungdama užraktą, komanda nustatė, kad šie svyravimai yra sutrikdyti erdvę – ir taip jie savaime sukuria naujus fotonus. Tačiau svarbiausia, kad jei žiūrėtumėte tik į sritį, esančią tiesiai iš abiejų užrakto veikimo pusių, būsena atrodytų apgaulingai normali: neatskiriama nuo vieno fotono vienoje pusėje ir paprasto vakuumo kitoje.
Gilesni kvantiniai tyrimai
Šis rezultatas puikiai iliustruoja, kaip kvantinės dalelės elgiasi kitaip nei kasdieniai objektai, ir kelia gilesnių klausimų apie tai, kaip matuojamos kvantinės sistemos ir kaip informacija lokalizuojama erdvėje. Būsimuose tyrimuose Skaaras ir jo kolegos planuoja toliau žengti žingsnį į priekį – ištirti, ar ta pati keista fizika būtų taikoma, kai dalyvauja daugiau nei vienas fotonas, ar kai analizė būtų išplėsta iki kitų elementariųjų dalelių, tokių kaip elektronai.
Isak Cecil Onsager Rukan et al, Truncated photon, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/94pm-hp34. On arXiv: arxiv.org/abs/2510.21636
Journal information:Physical Review Letters , arXiv
Fizikų tyrimai rodo, kad stygų teorija unikaliai kyla iš pagrindinių prielaidų apie Visatą
Fizikai įsitikinę: XXI amžius – tai fotonų įgalinimo laikmetis
Naujas „fononų lazeris“ galėtų išmatuoti gravitaciją tiksliau nei bet kada anksčiau
Tarptautinėje kvantinių technologijų srityje – svarbus lietuvių laimėjimas