Фізики з'ясували, що станеться, якщо розрізати фотон навпіл

Фотони як фундаментальні частинки неможливо розділити на менші шматки. Але фізики вирішили змоделювати, що станеться, якщо спробувати розрізати світлову частинку навпіл. Результати опублікували у статті, прийнятій до Physical Review Letters.

Теоретичний фізик Йоганнес Скаар та його колеги з Університету Осло в Норвегії використали квантові рівняння для моделювання сценарію. Аналіз базувався на тому факті, що фотони є не лише точковими частинками, а й діють як протяжні хвилі.

Дослідники змоделювали ситуацію, коли фотон рухається до дзеркала. Передня половина світлової хвилі вдаряється об дзеркало першою і відбивається назад. Але раптом дзеркало прибирають, і задня половина світлової хвилі може вільно пройти крізь простір.

Математичні розрахунки показали, що це створило б складну суміш можливостей з різною кількістю фотонів. Якщо прибрати дзеркало нескінченно швидко, з'явилася б нескінченна кількість світлових частинок. Нескінченна швидкість, звісно, неможлива. Але навіть при повільнішому прибиранні дзеркала виникає можливість появи кількох фотонів або цілої купи частинок.

«Це трохи дивно», визнає Скаар. Але за квантовими стандартами це не настільки незвичайно. Фізики знали, що порушення нібито порожнього простору може вивільнити нові фотони. Енергія, внесена в систему рухом дзеркала, може породжувати нові світлові частинки.

Найдивнішим результатом математичної моделі є те, що спостерігач побачить з різних перспектив. Якщо дивитися на обидві сторони дзеркала одночасно, можна побачити вибух мільярдів фотонів. Але якщо бачити лише одну сторону дзеркала, спостерігач побачить або один фотон, або вакуум.

Даніеле Фаччо, фізик з Університету Глазго в Шотландії, спочатку скептично поставився до дослідження. Але після прочитання визнав, що методика законна. Він припускає, що це може мати значення для галузей, які використовують квантові сенсори, наприклад детектори гравітаційних хвиль.