Fizičari pokušali da zaseku foton: Ono što se desilo ruši pravila fizike

Trojica fizičara sa Univerziteta u Oslu postavila su zanimljivo pitanje za kolege zaljubljenike u fiziku čestica: Šta se dešava kada zasečete foton? Na kraju krajeva, foton se ne može podeliti onako kako se dele neelementarne čestice, ali se može „ugurati“ u različite kvantne fenomene i njihove kombinacije, piše Popular Mechanics.

Novo istraživanje objavljeno je u Physical Review Letters.

Preporučujemo

- Foton, kao elementarna čestica, ne može se preseći na dve polovine. Ipak, očigledno je moguće ukloniti deo optičkog impulsa, npr. korišćenjem optičkog zatvarača - objasnio je tim u svom uvodu. Drugim rečima, svetlost je skoro kao mlaz koji se može prekinuti, a zatim ponovo pustiti:

- Ako se foton odseče na ovaj način, kakvo je stanje rezultat? Uprkos tome što je pitanje jednostavno, čini se da ga niko ranije nije postavio.

Optički impulsi su poput sićušnih, ekstremno preciznih lasera. Samo nekoliko fotona prođe odjednom, oslobođenih tokom infinitezimalno kratkog otvaranja. Presecanje ovog mlaza optičkim zatvaračem nije tako jednostavno kao što zvuči, delom zato što pojedinačni fotoni „imaju beskonačne repove“. Kako je tim objasnio:

- Iznenađujuće, ustanovićemo da je odsečeni foton komplikovano stanje koje uključuje broj fotona do beskonačnosti. Drugim rečima, odsecanjem dela fotona zatvaračem, mi efektivno stvaramo gomilu novih fotona. U principu, to je slučaj čak i ako se zatvarač polako zatvara.

Možda je sada jasno zašto se niko nikada nije potrudio da postavi ovo naizgled jednostavno pitanje: odgovor prkosi zdravom razumu. Odsecite „glavu“ fotona i on se – poput mitske hidre – ne gasi niti se smanjuje. On se umnožava, pretvarajući se u roj potpuno novih fotona. Taj čudan ishod je moguć delom zato što foton nije uredan, simetričan paket svetlosti; njegov „beskonačni rep“ se proteže samo u jednom pravcu, što znači da je mesto gde se vrši rez izuzetno važno. Da bi precizno utvrdili šta se dešava u tom trenutku odsecanja, tim iz Osla je napravio savršen hipotetički scenario – prateći jedan foton kroz zatvarač – i izvršio potrebne proračune.

Njihov scenario je ono što naučnici nazivaju pojednostavljeni model – namerno ogoljena verzija složenog fenomena koja omogućava izolovanje bitnih varijabli. U ovom slučaju, tim je sveo realnost na „jednu dimenziju i jednu polarizaciju“, a zatim poslao „tačno jedan foton“ ka zatvaraču sličnom ogledalu koji ga je presekao usred leta. Ono što se pojavilo bilo je zaista neobično. Umesto da proizvede dva oštećena fragmenta svetlosti, odsecanje je dalo dva čista, samostalna dela: jedna „polovina“ je registrovana kao čisti vakuum – bez ikakvog fotona – dok je druga „polovina“ registrovana kao kompletan pojedinačni foton. Nijedan deo nije nosio nikakav trag da je ikada bio deo nečeg većeg.

Fotoni su neobični, a istraživači su naglasili da je ovo veoma specifična postavka koju su napravili kako bi proučili kako fotoni reaguju na odsecanje. Uz to, zaključili su poređenjem sa perturbovanim stanjima koja deluju na fotone i objasnili kako bi njihova formulacija mogla pomoći naučnicima koji proučavaju ta stanja kauzalnosti (uzročnosti).

Ovakve postavke bi možda bilo lakše predstaviti kroz interakcije klasične fizike, nasuprot kvantnim ili egzotičnim pristupima. Ali budući naučnici bi i dalje mogli da koriste informaciju da njihovi odsečeni fotoni odlaze u „beskonačna kvantna stanja“ kada udare u barijeru.

(Telegraf Nauka/Popular Mechanics)