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最新研究:光子可以一分为二
www.creaders.net | 2021-12-20 15:50:07  大纪元 | 0条评论 | 查看/发表评论
 

  科学家新提出的理论认为,半个光子有可能存在,而且用现有的技术、桌面大的设备就能进行实验探测并证实它的存在。

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   一分为二的光子概念图

  这项由美国达特茅斯学院(Dartmouth College)和纽约州立大学理工学院(SUNY Polytechnic Institute)联合完成的研究认为,半个光子,也称为“马约拉纳玻色子”(Majorana boson)有可能存在。这项理论将极大地推动物理学界对光这种物质的认知。

  研究人员解释说,就像水可以有冰和气体不同的相态(phase),光也可以有不同的相态,其中一种就是以两个完全不一样的半个光子的形式存在。

  主要研究者之一达特茅斯学院物理学教授洛伦萨·维奥拉(Lorenza Viola)说:“不论是固态还是液态,水都是水,只是展现的特性不同。我们用这种思维方式看待光这种物质,它也有不同的相态。”

  不过,研究人员所说的半个光子,不是像物体分成两半那种概念,而是像硬币的正反两面。这两个不同的部分既能组成一个完整的个体,又有各自独立的功能。

  研究人员说他们的理论从物理基本概念发展而来。物理学家把粒子分为两大类:费米子和玻色子。费米子,例如电子,是各自独立的,它们总是互相排斥。玻色子,例如光子,它们喜欢聚集在一起。科学家以前很自然地以为要把玻色子分裂成两个部分不大可能,但是这份研究认为它们会以马约拉纳玻色子的形式存在。

  合作研究者文森特·弗林(Vincent Flynn)说:“我们的发现提供了第一个线索,显示像光线和其它能够承载马约拉纳玻色子的物质所展现的、以前未知的拓扑相位。”

  早在1937年,科学家提出存在半个电子,也称为“马约拉纳费米子”(Majorana fermion),可是直到大约一百年后的今天,科学家才提出半个光子的存在。

  接下来,科学家需要进行实验探测半个光子的存在。研究称,不像希格斯玻色子(Higgs boson)那样需要用大型的设备才能探测,对半个光子的探测可以使用现有的技术、或是不远的将来出现的新技术、设计一个桌面大小的设备即可。研究组表示,马约拉纳玻色子具有明显的特征,对实验误差具有较好的抵抗力。

  研究者预计半个光子在量子计算机、光学感应器和光线放大器等领域都有潜在用途,并启发科学家发现光线和物质的奇异新相态。

  这份研究12月10日发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

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