Bir ilkokulu kırmaya kalkarsanız ne olur? parçacık-özellikle bir kuvvet taşıyan Elektromanyetik kuvveti taşıyan foton gibi parçacıklar daha küçük parçalara mı bölünüyor?
Buna göre fizikçiler‘ Evrenin bu temel yapı taşlarının ortak anlayışına göre, bu mümkün bile olmamalı, çünkü uzun süredir bunların daha fazla parçalanamayacağı düşünülüyordu. Ancak fizikçi Johannes Skaar ve meslektaşları için durum böyle değildi. Fiziksel İnceleme Mektupları, Bu fizik kuralını çiğnemeye çalışırsak oldukça tuhaf bir şeyin olacağını iddia ediyoruz.
Ekibin bulgularına dayanarak, bir parçayı dilimlemeye çalışmak foton ikiye bölünmesi sadece iki küçük foton yaratmakla kalmaz: potansiyel olarak çok daha fazlasının, hatta belki de sonsuz sayıda, görünüşte hiçlikten yaratılmasına yol açar.
Temel Parçacıkların Bölünmesi
Temel parçacıklar en küçük parçalar evrenimizi oluşturan maddelerden oluşur ve bunlar iki çeşittir: madde parçacıkları (ya da bilim adamlarının fermiyon dediği şey) tezahürler kuarklar ve leptonlar ile gluonlar, gizemli Higgs Bozonu, W ve Z Bozonları ve tabii ki fotonlar gibi kuvvet taşıyıcıları (Bosonlar).
Bu tür temel parçacıkların hem tek bir parçacık hem de dalga olarak var olduğu göz önüne alındığında, onları bölmenin imkansız olduğu uzun süredir ısrarla dile getiriliyordu. Bu, Skaar ve ekibi için benzersiz bir soruyu gündeme getirdi: İmkansız görünse bile, temel bir parçacığı ikiye bölmeye çalışıp başarılı olursa ne olabilir?
Bu sorunun cevabını hayal etmeye yardımcı olmak için araştırmacılar bir öncül üzerinde çalıştılar. foton aşırı hızlarda açılıp kapanan aynalı bir sistemi içeren bir tür optik deklanşörden geçiyor, bu da onun tek bir ışık darbesinin yalnızca bir kısmını engellemesine izin veriyor.
Teorik olarak, eğer darbeli ayna sistemi yeterince yüksek hızlarda çalışabilirse, darbenin ortasında tek bir fotonu yakalayabilir ve böylece parçacığın uzatılmış dalgasının bir kısmını dilimleyebilir. Mantıksal olarak bundan sonra ne olacağını merak ettiler.
Sonsuzluğa Derin Bir Dalış
Bu soruyu yanıtlamak Skaar ve meslektaşlarını sonsuzluğun dünyasına götürdü süperpozisyon. Araştırmacılar, fotonla ilişkili elektromanyetik alana karşılık gelen kuantum denklemlerini ve onun kuantum düzeyinde nasıl davrandığını uygulayarak, fotonun kuantum durumunun hızlı geçiş yapan deklanşörle yakın karşılaşmasına verdiği tepkiyi ölçebildiler.
Sonra işler değişti Gerçekten garip.
Sonuç, fotonu sadece ikiye bölmek yerine, her biri aynı anda sonsuz sayıda foton içeren farklı durumların üst üste binmesiydi. Bunun neden meydana geldiğini açıklamak, kuantum mekaniğinin alışılmadık ve görünüşte mantık dışı yönlerinden birine bakmayı gerektirir.
Spesifik olarak, kuantum mekaniği bize boş uzayda algıladığımız hiçlikten çok daha fazlası olduğu konusunda bilgi veriyor: bu tür boşlukların içinde devam eden bir dizi elektromanyetik dalgalanma var. Dolayısıyla aynalı deklanşör durumlar arasında hızlı bir şekilde çalıştırıldığından, tamamen yeni fotonlar üreten doğal, görünmez dalgalanmalara müdahale eder.
Skaar ve meslektaşları şöyle yazıyor: “Sonuç ne başka bir foton ne de bir foton ve vakumun karışımıdır.” “Bunun yerine, foton sayılarının sonsuza kadar üst üste binmesi ve karışımı.”
Bu tuhaf olguya rağmen, yalnızca deklanşörün çalışma konumunun her iki tarafındaki alanlara bakmak, en azından yüzeyde, hiçbir şeyin yerinde olmadığını ortaya çıkarmayacaktır. Yani bir uçtaki tek bir foton dışında hiçbir şey yok ve ne olacak? belli olmak diğer tarafta hiçbir şey olmamak.
Skaar ve meslektaşları, “Bu durum oldukça karmaşıktır, ancak yine de yerel olarak dar bir geçiş bölgesinin sırasıyla solunda ve sağında tek bir fotona veya boşluğa eşdeğerdir.”
Kuantum Dünyasının Yüksek Garipliği
Skaar ve ekibi için araştırmalarının deneysel sonuçları, kuantum dünyasının, katı Newton fiziksel kurallarının geçerli olduğu günlük deneyimlerimizle karşılaştırıldığında ne kadar farklı davrandığına dair benzersiz bir bakış sağlıyor.
Daha da önemlisi, yeni araştırma aynı zamanda bilginin bir uzayda nasıl muhafaza edildiği ve kuantum sistemlerinin ölçümü gibi daha ilgi çekici sorulara da işaret ediyor.
Ekip, ileriye dönük olarak, birden fazla foton içeren benzer bir sistemin sonucunun ne olabileceği de dahil olmak üzere olağandışı fiziğe yol açabilecek benzer koşullara bakmayı umuyor.
Takımın son makalesi, “Kesilmiş Bir Foton”de yayınlanmak üzere kabul edildi. Fiziksel İnceleme Mektupları, ve arXiv.org’da bir ön baskı sürümü yayınlandı.
Micah Hanks, The Debrief’in Genel Yayın Yönetmeni ve Kurucu Ortağıdır. Uzay ve astronomi odaklı bilim, savunma ve teknoloji üzerine uzun süredir muhabirlik yapan kendisine şu adresten ulaşılabilir: [email protected]. Onu X’te takip et @MicahHanksve micahhanks.com.
