В новом теоретическом исследовании ученые задались необычным вопросом: что произойдет, если попытаться разделить элементарную частицу света — фотон? Ответ оказался парадоксальным, что в очередной раз подтверждает непредсказуемость и странность законов квантового мира. Вместо того чтобы получить два меньших фотона, попытка «разрезать» один фотон приведет к спонтанному рождению бесконечного количества новых частиц из вакуума, пишет Phys.org.
Как объясняет команда исследователей под руководством Йоханнеса Скаара, фотон существует одновременно как локализованная частица и как протяженная волна. Чтобы смоделировать разрезание этой волны, ученые рассмотрели прохождение одиночного фотона через сверхбыстрый оптический затвор — своеобразное зеркало, которое можно мгновенно включать и выключать.
Для анализа эксперты применили 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 генерирует сложную суперпозицию состояний, содержащую бесконечное множество фотонов.
Важно отметить, 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.
Открытие наглядно демонстрирует фундаментальное различие между поведением квантовых объектов и привычных нам макроскопических тел. Работа поднимает глубокие вопросы о том, как измеряются квантовые системы и как информация локализуется в пространстве.
«Полученные результаты демонстрируют, что квантовые частицы ведут себя иначе, чем обычные объекты», — отмечают авторы. В своих будущих исследованиях команда планирует проверить, 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. Они одновременно проявляют необычные люминесцентные свойства и высокую химическую активность. Подробнее о них рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.
