Norveški model pokazuje da "presečen" foton ne mora postati samo dva fotona — već može proizvesti više njih. U idealizovanom, instantnom uklanjanju ogledala, teorija predviđa diverziju broja fotona, ali u stvarnim eksperimentima broj će biti ograničen. Nalaz je zasad matematički, ali može imati posledice za kvantnu optiku, fotonske čipove i precizna merenja kao što su ona u LIGO-u.
Šta Se Dogodi Ako "Presečeš" Foton? Norveški Fizičari Otkrivaju Neočekivano
Stanislav Gvozd/Getty Images
Zdrav razum kaže da kada nešto presečeš na dva dela, dobiju se dva dela. U kvantnom svetu stvari često nisu tako jednostavne. Norveški fizičari iz Univerziteta u Oslu modelovali su šta se može dogoditi ako se talasni paket fotona "preseče" uklanjanjem ogledala u trenutku udara — i došli do iznenađujućeg zaključka: umesto dva fotona, može nastati više fotona.
Šta su uradili u modelu? U matematičkom modelu talasni paket (skup talasnih oscilacija koji predstavlja foton) kreće se prema ogledalu. Istraživači su u modelu uklonili ogledalo u trenutku kada je prednji deo talasne gupke stigao do njega. Prednji deo se odbio nazad, a zadnji deo nastavio napred — nastale su dve odsečene talasne gupke sa oštrom ivicom.
Zašto to ne znači jednostavno dva fotona? Oštra, nagla ivica talasne gupke zahteva visokofrekventne komponente da bi bila reproducirana. U kvantnoj teoriji polja to znači da jedan foton u takvom stanju ne može sam proizvesti tako izoštren talasni oblik — postojanje oštre ivice implicira potrebu za višestrukim fotonima (ili širokim spektrom talasnih komponenti). Drugim rečima, nagla promena granice stanja polja unosi frekvencije koje odgovaraju stvaranju dodatnih fotona.
Jorge Casares/Getty Images
Koliko fotona bi nastalo? Ne postoji jedinstven odgovor: broj zavisi od detalja eksperimenta i brzine uklanjanja ogledala. Kvantna teorija polja predviđa da što je prekid oštriji, to je potrebno više fotona; u idealizovanom modelu, gde bi ogledalo nestalo instantno, formalno bi broj fotona mogao divergirati (teoretski rasti prema beskonačnosti). Međutim, u stvarnom svetu uklanjanje nije instantno, pa fizičari očekuju da će broj dodatnih fotona u praktičnim uslovima biti ograničen i verovatno mali.
Moguće posledice i primene — Iako je istraživanje trenutno matematičko, razumevanje kako nagle promene uslova utiču na polje fotona ima potencijalne implikacije za kvantnu optiku i tehnologije koje koriste kontrolu svetlosti. Fotonski čipovi, koji omogućavaju prenos informacija bez električnog otpora i bolje termalne performanse, mogli bi profitirati od unapređenja u kontroli stanja svetlosti. Takođe, eksperimenti poput LIGO-a već koriste kvantne tehnike (npr. "squeezing" ili stiskanje svetlosti) da smanje kvantni šum i poboljšaju osetljivost merenja.
Zaključak — Nalaz je iz perioda teorijskih analiza i modela. Ako eksperimentalne grupe uspeju da reproduciraju efekat u laboratoriji, to bi potvrdilo neočekivane aspekte ponašanja fotona pri naglim promenama i moglo otvoriti nove puteve u kvantnoj optici i tehnologijama zasnovanim na kontroli svetlosti.
Pomozite nam da budemo bolji.
