- 27,283
- 46
- 8 Ноя 2022
Да, разрезать не получится — но попытка породила кое-что неожиданное…
Элементарные частицы не состоят из меньших деталей, поэтому фотон нельзя разделить на две части в обычном смысле. Но в квантовой теории можно поставить более точный вопрос: что произойдёт с состоянием одиночного фотона, если резко перекрыть часть светового импульса, в котором он распространяется?
Йоханнес Скар и его коллеги разобрали этот мысленный эксперимент в теоретической работе. Исследователи рассмотрели одиночный фотон, проходящий через оптический затвор. В такой модели затвор на короткое время меняет условия распространения света и отсекает часть импульса.
В квантовой физике фотон нельзя представить как маленький шарик с чёткими краями. При регистрации он проявляется как отдельная частица, но до измерения его состояние описывается волной электромагнитного поля, распределённой в пространстве. Поэтому затвор воздействует не на готовую половину частицы, а на часть этой волны.
Кажется, что затвор просто разделит импульс: по одну сторону останется исходный фотон, по другую не будет ничего. Расчёты Скара и его коллег показывают другую картину. Резкое перекрытие не делит фотон на части, а перестраивает состояние электромагнитного поля. В результате появляется квантовая суперпозиция: в ней одновременно учитываются варианты с разным числом фотонов. В полном описании учитываются состояния с числом фотонов вплоть до бесконечности.
Причина связана с тем, как квантовая теория описывает вакуум. Даже пространство без наблюдаемых частиц не является полностью спокойным: электромагнитное поле испытывает флуктуации. Резкое срабатывание затвора возмущает эти колебания, и в расчёте появляются дополнительные фотоны. Они не откалываются от исходного фотона, а возникают из-за изменения состояния поля.
Локально картина будет выглядеть проще. Рядом с местом срабатывания затвора одна область может быть неотличима от одиночного фотона, а другая - от вакуума. Но если учитывать всё поле целиком, такой простой схемы уже недостаточно. За ней скрывается бесконечная суперпозиция фотонных состояний. Попытка отделить часть волнового состояния меняет не только сам импульс, но и вакуумные флуктуации вокруг области воздействия.
Дальше Скар и его коллеги хотят проверить, сохранится ли похожий эффект в более сложных системах. Исследователи планируют рассмотреть несколько фотонов и другие элементарные частицы , включая электроны. Эти расчёты должны показать, относится ли найденная картина только к фотону или отражает более общий принцип квантовой теории.
Элементарные частицы не состоят из меньших деталей, поэтому фотон нельзя разделить на две части в обычном смысле. Но в квантовой теории можно поставить более точный вопрос: что произойдёт с состоянием одиночного фотона, если резко перекрыть часть светового импульса, в котором он распространяется?
Йоханнес Скар и его коллеги разобрали этот мысленный эксперимент в теоретической работе. Исследователи рассмотрели одиночный фотон, проходящий через оптический затвор. В такой модели затвор на короткое время меняет условия распространения света и отсекает часть импульса.
В квантовой физике фотон нельзя представить как маленький шарик с чёткими краями. При регистрации он проявляется как отдельная частица, но до измерения его состояние описывается волной электромагнитного поля, распределённой в пространстве. Поэтому затвор воздействует не на готовую половину частицы, а на часть этой волны.
Кажется, что затвор просто разделит импульс: по одну сторону останется исходный фотон, по другую не будет ничего. Расчёты Скара и его коллег показывают другую картину. Резкое перекрытие не делит фотон на части, а перестраивает состояние электромагнитного поля. В результате появляется квантовая суперпозиция: в ней одновременно учитываются варианты с разным числом фотонов. В полном описании учитываются состояния с числом фотонов вплоть до бесконечности.
Причина связана с тем, как квантовая теория описывает вакуум. Даже пространство без наблюдаемых частиц не является полностью спокойным: электромагнитное поле испытывает флуктуации. Резкое срабатывание затвора возмущает эти колебания, и в расчёте появляются дополнительные фотоны. Они не откалываются от исходного фотона, а возникают из-за изменения состояния поля.
Локально картина будет выглядеть проще. Рядом с местом срабатывания затвора одна область может быть неотличима от одиночного фотона, а другая - от вакуума. Но если учитывать всё поле целиком, такой простой схемы уже недостаточно. За ней скрывается бесконечная суперпозиция фотонных состояний. Попытка отделить часть волнового состояния меняет не только сам импульс, но и вакуумные флуктуации вокруг области воздействия.
Дальше Скар и его коллеги хотят проверить, сохранится ли похожий эффект в более сложных системах. Исследователи планируют рассмотреть несколько фотонов и другие элементарные частицы , включая электроны. Эти расчёты должны показать, относится ли найденная картина только к фотону или отражает более общий принцип квантовой теории.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
