Почти сто лет наз итальянский физик Этторе Майорана выдвинул гепотизу о том, что электрон может быть разделен. В его время это казалось чем-то невероятным, но для современной физики — вполне нормальным явлением. Пришло время пойти дальше, решили исследователи из Политехнического института SUNY. Их недавняя работа предсказывает, что расщепленные фотоны также могут существовать.
Открытие того, что строительные блоки света могут существовать в ранее невообразимой расщепленной форме, может изменить фундаментальное понимание света и его поведения. Теоретическое открытие расщепленного фотона, известного как "майорановский бозон", было опубликовано в Physical Review Letters.
Подобно тому, как жидкая вода может превращаться в лед или пар при определенных условиях, исследования показывают, что свет также может существовать в другой фазе — той, где фотоны появляются как две отдельные половинки целого. Половинки фотона не являются чем-то можно рассмотреть, как отдельную частицу, которая при слиянии с другйо такой же образует нечто новое. Две отдельные части составляют единое целое, но их можно описать как отдельные единицы.
Звучит крайне туманно, однако сама работа основана на базовых понятиях физики. Частицы бывают двух разных типов: фермионы и бозоны. Фермионы, такие как электроны, обычно уединяются, избегая друг друга любой ценой. Бозоны, такие как фотоны, имеют тенденцию собираться вместе. Таким образом, для исследователей было естественным предположить, что расщепление бозонов будет непреодолимой задачей.
Новая теория основана на утечке энергии, рассеивающих полостях, которые связаны вместе и заполнены квантовыми пакетами света. Исследование предсказывает, что половинки частиц появляются на краях такой синтетической платформы. Когда именно так был открыт бозон Майорана.
Теоретические открытия основаны на предсказании 1937 года существования нейтральных электроноподобных частиц, известных как майорановские фермионы. В 2001 году исследователи предложили особый процесс того, как на самом деле можно вдвое уменьшить количество электронов в некоторых сверхпроводниках. Но до сих пор фотон оставался неделимым. По мнению исследовательской группы, майоранские бозоны можно рассматривать как дальних родственников майоранских фермионов.
Подтверждение существования бозона Майорана по-прежнему потребует лабораторного эксперимента, в котором наблюдаются половинки фотона. В отличие от массивных структур, построенных для обнаружения знаменитого бозона Хиггса, эксперимент по обнаружению половин фотона можно было провести "на столе". В таком эксперименте можно использовать существующие технологии.
Команда обнаружила, что бозоны Майораны устойчивы к экспериментальным недостаткам и идентифицируются по отдельным сигнатурам. Хотя трудно предсказать, как результаты могут быть применены, эти характеристики могут поддержать разработку новых типов процессоров квантовой информации, оптических датчиков и усилителей света. Исследование также указывает путь к открытию новой экзотической фазы материи и света.
