Sciencemag.cz
Doporučujeme
Téměř 100 let poté, co italský fyzik Ettore Majorana přišel s myšlenkou, že elektrony lze rozdělit na dvě částice, tvrdí studie vědců z Dartmouth College a SUNY Polytechnic Institute, že totéž by mohlo platit i pro fotony.
Pokud se objev tzv. Majoranových bosonů potvrdí, znamenalo by to samozřejmě zásadní příspěvek k tomu, jak chápeme povahu světla. Příslušná studie byla publikována ve Physical Review Letters.
Jak si to celé představit? Článek tvrdí, že světlo může existovat ve více fázích/skupenstvích. V nově postulované exotická fázi pak právě platí, že fotony vypadají, jako by se skládaly ze dvou částí. Spíše než kusy, které lze fyzicky oddělit, bychom obě poloviny fotonu mohli chápat podobně jako dvě strany mince. Takže tyto dvě odlišné části tvoří celek, nicméně je lze popisovat jako samostatné jednotky a tak si rovněž představovat jejich fungování.
Částice rozdělujeme podle jejich spinu na fermiony a bosony. Bosony, mezi které patří fotony, mají tendenci se sdružovat a přitom ale netvořit složité struktury, to protože pro ně neplatí vylučovací princip. Hypotetické dělení fermionů se tudíž považovalo za něco mnohem „normálnějšího“ než v případě bosonů, které se spojují i spolu. Tj. existence Majoranových bosonů se pokládala za ještě hypotetičtější než v případě Majoranových fermionů. Majoranovy fermiony byly navrženy v roce 1937, v roce 2001 byl pak navržen proces, který by mohl elektrony v supravodičích skutečně rozdělovat a následně měly být potvrzeny. (Poznámka PH: Výsledky jsou ale i tak dosud nejednoznačné. Viz také: Divné supravodiče mohou obsahovat Majoranovy fermiony, Majoranovy fermiony nenalezeny)
Vědci z Dartouthu teoreticky předpověděli, že ve speciálních dutinkách, které jsou propojeny a naplněny kvantovým pakety světla (? quantum packets of light) bude docházet k úniku energie a rozptylu. Na okrajích se pak objeví to, co můžeme pokládat za polovinu fotonu. To se mělo potvrdit, ergo Majoranovy bosony mají být realitou.
„Náš objev poskytuje první náznak toho, že může existovat dosud neznámá topologická fáze světla a hmoty, v níž se vyskytují Majoranovy bosony,“ uvedl první autor studie Vincent Flynn z Dartmouth College.
Další potvrzení existence Majoranova bosonu by ještě vyžadovalo laboratorní experiment, který by poloviny fotonů přímo pozoroval. To by mělo být možné již pomocí technologií blízké budoucnosti a navíc by to ani nevyžadovalo žádná gigantická zařízení (tj. např. nic na způsob lovu Higgsova bosonu).
Samozřejmě v této fázi těžko předvídat, jaké by celý objev mohl mít praktické využití. Průvodní tisková zpráva hovoří o nových kvantových procesorech, optických senzorech nebo zesilovačích světla, ale to celé je pochopitelně ve hvězdách.
Vincent P. Flynn et al, Topology by Dissipation: Majorana Bosons in Metastable Quadratic Markovian Dynamics, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.245701
Zdroj: Dartmouth College / Phys.org
Poznámka PH: Majoranovy fermiony jsou svými vlastními antičásticemi, tj. jsou elektricky neutrální. Tudíž si představovat Majoranův fermion jako polovinu elektronu, jak sugeruje tisková zpráva ke studii výše, bude asi hodně zjednodušené. Foton je sám sobě antičásticí, k tomu žádné Majoranovy částice nepotřebujeme. Vůbec se asi lépe v souvislosti s takto exotickými stavy hmoty mluvit o kvazičásticích.
Pokud určitým způsobem nelineárně transformujeme těleso reálných čísel můžeme nejen rozložit i nulu ale navíc získat obě složky vnitřní struktury. Takže proč by nemohl být foton složen ze dvou částí.
Pokud určitým způsobem nelineárně transformujeme těleso reálných čísel, tak můžeme nejen rozložit nulu ale získat i obě složky vnitřní struktury, Tak proč by nemohl foton mít dvě složky, když jej přiřadíme k nule.