Licht Behaving Badly: Seltsame Balken zeigen Hitch in der Quantenmechanik


Eine ausgeblendete Eigenschaft der Korkenzieher, könnte spiralige Lichtstrahlen in der Quantenmechanik eine Anhängevorrichtung setzen.

Die Photonen oder Lichtteilchen innerhalb dieser lichtbasierten Möbius Streifen drehen mit einer Dynamik, die bisher als unmöglich. Die Ergebnisse könnten einige der Annahmen in der Quantenmechanik, die Regeln aufrütteln, die die Menagerie von winzigen Teilchen zu bestimmen.

"Dies ist eine Art ziemlich grundlegende Eigenschaft des Lichts, und wir haben gezeigt, es funktioniert nicht die Art und Weise Leute dachten, es wäre", sagte Co-Studienautor Paul Eastham, Physiker am Trinity College Dublin in Irland. [Verrückte Physik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

Hohle Lichtstrahlen

Die Forschung wurde angeregt durch Funde von etwa zweihundert Jahren, als irische Physiker und Astronom William Hamilton und sein Kollege Humphrey Lloyd voraussagte, dass Kristalle mit bestimmten internen Regelungen der Atome ein hohles Rohr des Lichtes schaffen würden, wenn das einfallende Licht des Kristalls genau im rechten Winkel getroffen.

Zu Ehren des 200. Jahrestages der diese Entdeckung beschloss Eastham und seine Kollegen, die theoretischen Grundlagen dieses Phänomens zu erforschen. Er begann zu Fragen, was diese Art von hohlen Lichtstrahl für den Drehimpuls oder Drehung des leichten Teilchen, aus denen die Ray impliziert. Als er durch die Mathematik arbeitete, erkannte er etwas Seltsames: die Photonen innerhalb der konische Strahl hätte einen Drehimpuls der Hälfte der Plancksche Konstante, die fundamentale Konstante, die die Beziehung zwischen Energie und Wellenlänge regelt.

Aber das schien unmöglich, angesichts der Tatsache, dass die Gleichungen der Quantenmechanik impliziert, dass Lichtteilchen Spins haben könnte, die ein Vielfaches von der Naturkonstante (zum Beispiel, zweimal Plancksche Konstante, negative dreimal Plancksche Konstante, und So weiter).

Hälfte-Spin Photonen

Um festzustellen, ob seine Berechnungen in Wirklichkeit getragen werden würde, wurde die Theorie getestet. Sie schickten einen Laserstrahl durch einen Kristall in einem exakten Winkel, und dann eine Standbein optischen Gerät namens ein Interferometer verwendet, um split die Lichtstrahlen und sortieren sie nach ihren Spin.

Sicher genug, die Photonen, wenn gemessen, hatte Angular Impulse gleich eine halbe Plancksche Konstante und minus halbe Plancksche Konstante, bzw., die Forscher berichteten Online-29 April in der Zeitschrift Science fördert.

Die Ergebnisse sind faszinierend, weil sie impliziert, dass Lichtteilchen nicht Verhalten, wie sie, sagte Studie Co-Autor vorhergesagt haben Kyle Ballantine, Physiker am Trinity College in Dublin.

"Alle Partikel können in zwei grundlegende Gruppen unterteilt werden: Bosonen, einschließlich Photonen in allen Messungen bisher haben Integer [ganze Zahl] Drehimpuls; und Fermionen [z. B. Elektronen] haben Hälfte-Integer", sagte Ballantine Leben Wissenschaft in einer e-Mail. "Diese Unterscheidung führt zu sehr unterschiedlichen Quantenverhalten. Unser Ergebnis zeigt, dass wir Strahlen von Photonen können die sich wie Fermionen, eine ganz andere Form der Materie Verhalten."

Noch, die neuen Ergebnisse nicht reduzieren die Bedeutung der Plancksche Konstante oder reißen Sie das gesamte Gebäude der subatomaren Physik, sagte Eastham.

"Wir haben nicht die Quantenmechanik, gebrochen" Eastham erzählte Leben Wissenschaft.

Aber sagte die Ergebnisse sind noch so neu, dass es nicht genau klar, was sie vorschlagen, Eastham. Eine sofortige Implikation: die Ergebnisse Quanten-computing und Kryptographie, beide würden verlassen sich auf Statistiken zu subatomaren Teilchen, die möglicherweise neu überdacht werden beeinflussen könnten, sagte er.

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