O echipă de fizicieni a derulat recent un experiment prin care și-au propus să dividă un foton, descoperind un comportament neașteptat al particulelor care ar putea transforma modul în care acestea sunt explicate de știință, conform unui studiu publicat în revista Physical Review Letters, transmite Live Science.

Experimentul, în care cercetătorii au simulat divizarea unui foton cu un obturator în diverse condiții, a arătat că un foton divizat poate duce la un amestec complex de rezultate de la zero la o infinitate de fotoni - ridicând unele întrebări importante despre natura interacțiunilor particulelor.

Fotonii sunt pachete elementare de lumină, ceea ce înseamnă că nu sunt alcătuiți din nimic altceva. Deci, ce înseamnă să încerci să divizi un foton? Acest lucru ar putea fi posibil datorită dualității undă-particulă - un principiu fundamental al mecanicii cuantice.

Conform dualității undă-particulă, un foton nu este doar o particulă, ci și o undă. Folosind calcule teoretice, cercetătorii au investigat ce s-ar întâmpla dacă ar trimite acest foton printr-un obturator și l-ai închide în timp ce fotonul trece prin el, întrerupând efectiv capătul din spate al undei fotonice.

'Cred că majoritatea fizicienilor s-ar aștepta să existe o anumită probabilitate să existe zero fotoni și o anumită probabilitate să existe un singur foton rămas după ce ați făcut acest lucru', a declarat Johannes Skaar, coautor al noului studiu și profesor de fizică teoretică la Universitatea din Oslo, pentru Live Science. 'Și acest lucru este aproximativ adevărat, dar nu este exact adevărat', a adăugat el.

Acest lucru aduce în discuție un alt aspect ciudat al mecanicii cuantice și anume natura sa probabilistică. Particulele există ca un spectru de probabilități care se întinde până la infinit. Până când o particulă este observată, proprietățile sale, cum ar fi poziția sau energia sa, se află într-o suprapunere de valori posibile; tot ce putem ști sunt șansele de a o găsi într-o anumită stare.

Prin calculele lor, Skaar și colegii săi au determinat modul în care diviziunea unui foton afectează aceste probabilități. În studiul lor au descoperit că acesta ar crea un amestec complex de stări fotonice, inclusiv una cu un număr infinit de fotoni.

Fiecare dintre aceste stări are o probabilitate care depinde de cât de repede divide obturatorul fotonul. Numărul așteptat de fotoni devine infinit doar dacă obturatorul este închis infinit de repede. Pentru viteze de expunere realiste, chiar și un rezultat de o mie de fotoni ar fi extrem de puțin probabil.

Acest lucru poate părea foarte ciudat, dar fizicienii cuantici nu au fost impresionați. De fapt, ceea ce i-a surprins pe Skaar și colegii săi a fost ce se întâmplă dacă se fac măsurători ale fotonului tăiat din perspective diferite.

'Când se măsoară dintr-o parte a obturatorului, acesta va arăta ca o stare a unui singur foton', a spus Skaar. 'Apoi, pe de altă parte, va arăta ca o stare de vid - asta înseamnă că nu există fotoni. Și acest lucru este foarte ciudat, deoarece starea reală la nivel global este acest mixt (probabilistic) de la zero la infinit'.

Faptul că aceste mixturi complexe pot fi tratate local ca stări foarte simple ridică întrebări fundamentale despre natura particulelor. Skaar a spus că încă iau în considerare întreaga amploare a acestor implicații și că acum iau în considerare modul în care acest proces s-ar putea desfășura pentru alte particule cuantice, cum ar fi electronii.

Ei speră că, urmând acest fir teoretic, ar putea fi capabili să dezvolte o modalitate mai clară de a descrie interacțiunile dintre particule. În prezent, întinderea infinită a particulelor înseamnă că acestea au interacționat pentru o perioadă infinită de timp. Aceasta pune apoi o problemă de cauzalitate - ordinea cauzei și efectului - în interacțiunile particulelor, conform echipei.

Acești noi fotoni teoretici cu o coadă de undă tăiată nu ar avea această problemă, ceea ce înseamnă că legătura cauzală într-o interacțiune ar fi clară, a spus Skaar. El a recunoscut că mai este mult de lucru pentru a dezvolta descrierea teoretică a acestei interacțiuni. Cu toate acestea, noul rezultat este un pas important către descrierea interacțiunilor particulelor cu o relație cauzală clară, ceea ce Skaar a descris ca fiind 'obiectivul final' al echipei.AGERPRES/(AS - editor: Codruț Bălu, editor online: Anda Badea)

Sursa foto: livescience.com