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光的一种奇异现象或将颠覆量子力学基础

时间:2020-12-12 来源:计量校准 点击:

光的一种奇异现象或将颠覆量子力学基础
 
  据国外媒体报道,一种奇怪的光现象可能正在颠覆量子力学的基础。光子是构成光的粒子,它们构成了基于光的莫比乌斯环,表现出科学家认为以前不可能出现的动量特征。这一发现可能会动摇量子力学的一些基本假设,而量子力学是描述亚原子粒子世界的经典理论
  这项研究的合作者之一,都柏林, 爱尔兰, 圣三一学院的物理学家保罗埃萨姆,指出:“这是光的一个基本特性,我们已经证明它不同于人们以前的想法。”
  “空心”灯
  这项研究的最早起源可以追溯到200多年前。当时,爱尔兰,的物理学家和天文学家威廉汉密尔顿,和他的合作者汉弗莱劳埃德预测,如果入射光以合适的角度照射到晶体表面,具有某种内部原子结构的晶体将能够产生中空的“光导管”。
  为了向200多年前的这一伟大发现致敬,埃萨姆和他的合作者决定探索这一现象背后的理论基础。首先,他想到了这样的空心光对于光子的角动量意味着什么。随着数学运算的深入,他突然意识到一些奇怪的事情:这个空心射线中的光子会有1.5倍普朗克常数,左右的角动量,这是描述能量与波长关系的基本物理常数。
  但是这种情况很难让人相信,因为量子科学的原理定义了光子的角动量必须是普朗克常数,的整数倍,比如2倍,-3倍等等。但不是0.5倍。
  半自旋光子
  为了检验他们的计算结果在现实中是否真实存在,他们决定对这一理论进行实验验证。他们以精确且特定的角度向晶体发射激光束,然后用一种叫做干涉仪的光学元件分割激光束,并根据其自旋特性将其分离。
  一个非常清楚的实验结果是,这些光子的角动量值分别约为普朗克常数的1.5倍和普朗克常数的-1.5倍。研究小组已在4月29日出版的《科学进展》杂志在线版上发表了相关研究成果。
  这项研究的另一位合作者,同样来自都柏林, 爱尔兰, 圣三一学院的物理学家凯尔凯勒巴兰汀,说,这个发现非常有趣,因为它暗示光子的行为可能与我们以前的预测不一致。他说:“所有的粒子都可以分为两类。第一类叫做玻色子,包括光子。这些粒子的特点是都具有整数角动量(自旋量子数为整数)。另一类叫做费米子,比如电子。这些粒子的自旋量子数不是整数。这种区别非常重要,因为它导致了非常不同的量子行为。我们的计量检测研究结果表明,我们可以创造出一束行为类似费米子的光子,这两者完全不同。”
  然而,这项研究不会削弱普朗克常数的重要性,也不会颠覆整个亚原子物理大厦的基础。埃萨姆说:“我们没有破坏量子力学。”
  当然,无论如何,这个研究的结果还是很新颖的,其深层含义还不清楚。但至少有一点是明确的:这一发现将对基于亚原子粒子相关属性的量子计算和密码学产生影响。在这方面,我们可能需要修改一些原始的观点。
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