Теоретическое открытие фотона, который «разделяется» на две половинки, так называемого «майорановского бозона», сделали ученые из Дартмутского колледжа и Политехнического института SUNY (США). Оно позволяет по-новому взглянуть на природу света и на то, как он себя ведет, сообщает пресс-служба Дартмута.

Теория подробно описана в журнале Physical Review Letters.

Подобно тому, как жидкая вода может превращаться в лед или пар при определенных условиях, свет, как показывают исследования, также может существовать в другом состоянии: например, в таком, при котором фотоны появляются как две отдельные половинки. Половинки фотона не являются частями, которые можно физически отделить друг от друга, а представляют собой скорее разные стороны монеты. Две отдельные части составляют единое целое, но их можно описать как отдельные единицы.

«Каждый фотон можно представить как сумму двух отдельных половин, – сказал Винсент Флинн, кандидат наук из Дартмута и ведущий автор статьи. – Мы смогли определить условия для изоляции этих половинок друг от друга».

Частицы бывают двух разных типов: фермионы и бозоны. Фермионы – например, электроны – обычно уединяются, избегая друг друга любой ценой. Бозоны, такие как фотоны, наоборот, имеют тенденцию собираться вместе. Поэтому естественно предположить, что бозоны не очень-то стремятся делиться. Но, как показывает новая теория, все же могут.

Согласно новой теории, половинки частиц появляются на краях синтетической платформы. Она состоит из полостей, которые связаны вместе и заполнены квантовыми «пакетами» света и сквозь которые утекает энергия. По мнению исследовательской группы, майоранские бозоны можно рассматривать как дальних «родственников» майоранских фермионов – фермионов, которые являются собственными античастицами.

«Фермионы и бозоны настолько разные, насколько разными могут быть две вещи в физике, – сказал Эмилио Кобанера, доцент физики Политехнического института SUNY и соавтор исследования. – По сути, частицы являются искаженными изображениями друг друга. Существование майорановских фермионов было нашим главным ключом к разгадке того, что майорановский бозон прятался где-то в зеркале забавного дома».

Требуется лабораторный эксперимент, в котором будут наблюдаться половинки фотона – тогда можно будет подтвердить, что бозон Майорана действительно существует. Для такого эксперимента, отмечают авторы работы, не потребуются массивные структуры, как те, что построили для поиска знаменитого бозона Хиггса.

Свойства «расщепленного» фотона могут помочь в разработке новых типов процессоров квантовой информации, оптических датчиков и усилителей света. Исследование также указывает путь к открытию новой экзотической фазы материи и света.