根據(jù)達(dá)特茅斯學(xué)院和紐約州立大學(xué)理工學(xué)院科學(xué)家們領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究，在意大利物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納為電子可以分裂的發(fā)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)近一個(gè)世紀(jì)后，研究人員預(yù)測，分裂的光子也可能存在。光的組成成分可以以以前無法想象的分裂形式存在，這一發(fā)現(xiàn)推進(jìn)了對光及其行為方式的基本理解。

被稱為“馬約拉納玻色子”的分裂光子的理論發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上。

達(dá)特茅斯學(xué)院詹姆斯·弗蘭克家族物理學(xué)教授、這項(xiàng)研究的高級研究員洛倫扎·維奧拉說：“這是對我們?nèi)绾卫斫夤獾囊粋€(gè)重大范式的改變，而這種方式被認(rèn)為是不可能的。我們不僅發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的物理實(shí)體，而且它是一個(gè)沒有人認(rèn)為可能存在的實(shí)體。”

類似于液態(tài)水在特定條件下可以變成冰或水蒸氣，該研究表明，光也可以存在于不同的階段--光子作為兩個(gè)不同的部分出現(xiàn)。

“水就是水，不管它是液體還是固體形式。它只是在物理?xiàng)l件下表現(xiàn)不同，”維奧拉說。“這就是我們需要接近我們對類光物質(zhì)的理解，它可以存在于不同的階段。”

達(dá)特茅斯學(xué)院學(xué)的博士生、該論文的第一作者文森特·弗林說：“每個(gè)光子都可以被認(rèn)為是兩個(gè)不同部分的總和。我們能夠確定將這些半成品相互隔離的條件。”

這項(xiàng)研究是基于物理學(xué)的基本原理。粒子有兩種不同類型：費(fèi)米子和玻色子。費(fèi)米子，如電子，往往是孤獨(dú)的，不惜一切代價(jià)“避開對方”。玻色子，如光子，傾向于聚集在一起。因此，研究人員很自然地認(rèn)為，分裂玻色子將是一項(xiàng)不可逾越的任務(wù)。

達(dá)特茅斯學(xué)院的理論依賴于能量泄漏、耗散的腔體，這些腔體被耦合在一起并充滿了光的量子包。該研究預(yù)測，粒子的一半出現(xiàn)在這樣一個(gè)合成平臺的邊緣。“馬約拉納玻色子”因此被發(fā)現(xiàn)。

弗林說：“我們的發(fā)現(xiàn)提供了第一個(gè)暗示，一個(gè)以前未知的、承載馬約拉納玻色子的光和物質(zhì)的拓?fù)湎辔豢赡艽嬖凇?rdquo;

這一理論發(fā)現(xiàn)建立在1937年對被稱為馬約拉納費(fèi)米子的中性、類似電子的粒子存在的預(yù)測之上。2001年，研究人員提出了一個(gè)具體的過程，即電子如何在某些超導(dǎo)體中實(shí)際減半。但是直到現(xiàn)在，光子仍然是不可分割的。

根據(jù)研究小組的說法，馬約拉納玻色子可以被視為馬約拉納費(fèi)米子的“遠(yuǎn)親”。

“費(fèi)米子和玻色子在物理學(xué)中的區(qū)別不亞于兩種東西，”紐約州立大學(xué)理工學(xué)院物理學(xué)副教授、該研究的共同作者Emilio Cobanera說：“實(shí)際上，這些粒子是彼此的扭曲的圖像。馬約拉納費(fèi)米子的存在是我們的主要線索，即馬約拉納玻色子隱藏在游樂場鏡子的某個(gè)地方。”

對馬約拉納玻色子的確認(rèn)仍然需要一個(gè)觀察光子“分裂”的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。與為檢測著名的希格斯玻色子而建造的大規(guī)模結(jié)構(gòu)不同，檢測光子“分裂”的實(shí)驗(yàn)可以在桌面上完成。這樣的實(shí)驗(yàn)可以利用現(xiàn)有或近期的技術(shù)。

研究小組發(fā)現(xiàn)，馬約拉納玻色子對實(shí)驗(yàn)中的不完善之處是穩(wěn)健的，并可通過明顯的特征進(jìn)行識別。雖然很難預(yù)測這些發(fā)現(xiàn)如何應(yīng)用，但這些特征可以支持新型量子信息處理器、光學(xué)傳感器和光放大器的發(fā)展。這項(xiàng)研究還為揭開物質(zhì)和光的一個(gè)新的、奇特的階段指明了方向。

維奧拉說：“為了做出這一發(fā)現(xiàn)，我們必須挑戰(zhàn)長期以來的信念，并真正跳出框框思考問題。我們已經(jīng)分裂了一些以前被認(rèn)為是不可分裂的東西，我們將永遠(yuǎn)不會以同樣的方式來看待光。”

關(guān)鍵詞： 分裂 光子 研究人員 分裂的光子