Возможно ли поделить фотон и что происходит, если попытаться это сделать
Фотон считают элементарной, неделимой частицей света. В обычных условиях его невозможно разрезать на части, однако физика учит нас, что фотон – это не просто "точка" в пространстве. Он не имеет фиксированного местоположения, а является протяженным объектом, сочетающим в себе свойства частицы и волны, пишет 24 Канал.
Это фундаментальное понимание стало основой для исследования трио норвежских физиков, решивших выяснить: что произойдет, если убрать идеальное зеркало именно в тот момент, когда фотон только наполовину отбился от него. Свои результаты они обнародовали на сервере препринтов arXiv еще в октябре 2025 года. Только сейчас исследование прошло рецензирование и было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Если бы разделение или объединение фотонов были привычным делом в нашей повседневной жизни, мир выглядел бы совсем по-иному. Прохождение обычного белого света через стекло или его отражение от поверхностей создавало бы невероятные визуальные эффекты.
Это привело бы к удивительному массиву цветов: наша вселенная была бы самым фантастическим путешествием под ЛСД, которое только можно себе представить,– прокомментировал научный обозреватель Крис Ли.
Однако, обычно мы этого не наблюдаем. Взаимодействия окружающих нас света являются линейными. Чтобы заставить фотоны объединяться или делиться, требуется нелинейный процесс. Это требует либо очень специфической среды, чувствительной к свету, либо источника излучения чрезвычайной интенсивности, например мощный лазер. Внезапное исчезновение зеркала в момент отражения частицы как раз и создает такое нелинейное событие, хотя это не очевидно на первый взгляд.
Когда мы рассматриваем стандартное полупрозрачное зеркало, фотон попадает в состояние суперпозиции: он одновременно отражается и проходит сквозь него. Если мы поставим детекторы на обоих путях, сработает только один из них. Мы никогда не зафиксируем "половину фотона" в обоих местах одновременно. Однако сценарий с полной отражением и мгновенной уборкой зеркала работает иначе из-за так называемого эффекта квантового грома.
Для понимания этого явления физики используют аналогию со звуком. Время и частота – это две стороны одной медали. Когда мы слышим одну ноту на пианино, это стабильная частота, которая длится некоторое время. Но короткие, резкие звуки, например щелчок, имеют гораздо более сложную структуру. Автор материала вспоминает, как в детстве на ферме слушал радио, постоянно прерывавшееся треском электрического ограждения. Каждый маленький импульс тока создавал электромагнитный всплеск, обхватывавший широкий спектр частот.
Более короткое мероприятие требует более широкого частотного спектра для своей поддержки,– добавил Крис Ли.
Этот же принцип действует и для света. Когда фотон отражается от зеркала, его электромагнитное поле плавно изменяется. Но если резко убрать зеркало, амплитуда отраженной волны мгновенно падает до нуля, а прошедшая амплитуда волны так же резко прыгает вверх. Эти два "острых края" требуют огромной полосы пропускания, которой не было у начального фотона.
В результате попытка разрезать одну частицу света порождает целый ливень новых фотонов разных частот – настоящую квантовую радугу. Поскольку частиц становится много, детекторы смогут зафиксировать свет по бокам зеркала одновременно.
Реализация такого эксперимента на практике является сложнейшей технической задачей. Исследователям понадобится источник, способный генерировать одиночные фотоны с очень узкой полосой пропускания, чтобы они были максимально растянуты во времени. Это позволит заметить новые частицы, возникающие во время разрезания.
Главная проблема состоит в скорости. Расчеты показывают, что переход от зеркального состояния к прозрачному должен продолжаться около 10 фемтосекунд (одна фемтосекунда равна 10 минус 15 степени секунды). Ни одно физическое зеркало невозможно сдвинуть с такой скоростью. Однако ученые нашли выход: некоторые полупроводниковые материалы могут изменять свои свойства из зеркальных на прозрачных за 30 – 100 фемтосекунд под влиянием ультракоротких лазерных импульсов.
Несмотря на технические трудности, у ученых уже есть косвенные доказательства того, что этот механизм работает. Подобные зеркала используются для укорочения ультракоротких импульсов, что автоматически означает появление новых частот и, соответственно, новых фотонов.
Хотя эксперимент с одиночной частицей еще не проведен, ученые ожидают первые результаты уже в течение ближайшего года.
- Последние
- Популярные
Новости по дням
1 августа 2026
