Физики использовали «темные фотоны», пытаясь переписать физику в 2025 году

В этом году основной принцип квантовой теории оказался под угрозой, когда группа исследователей выдвинула радикально новую интерпретацию эксперимента о природе света.

В центре новой работы был эксперимент с двумя щелями, который впервые был проведен в 1801 году физиком Томасом Янгом, который использовал его, чтобы подтвердить, что свет действует как волна. Классически частица никогда не может быть волной, и наоборот, но в квантовой сфере эти два понятия не являются взаимоисключающими. Фактически, все квантовые объекты обладают так называемым корпускулярно-волновым дуализмом.

На протяжении десятилетий свет казался ярким примером этого: эксперименты показали, что иногда он ведет себя как частица, называемая фотоном, а иногда как волна, производящая эффекты, подобные тем, которые видел Янг. Но в начале этого года Селсо Виллаш-Боаш из Федерального университета Сан-Карлос в Бразилии и его коллеги предложили интерпретацию эксперимента с двумя щелями, которая включает только фотонычто эффективно устраняет необходимость в волнистой части двойственности света.

После Новый учёный сообщил об исследовании, с командой, стоящей за ним, связались многие коллеги, которые были заинтересованы в работе, которая с тех пор очень широко цитируется, говорит Виллаш-Боас. Одно видео об этом на YouTube было просмотрено более 700 000 раз. «Меня приглашали выступить с докладами об этом в Японии, Испании, здесь, в Бразилии и во многих других местах», — говорит он.

В классическом эксперименте с двумя щелями между экраном и источником света помещается непрозрачный барьер с двумя узкими соседними щелями. Свет проходит через щели и падает на экран, на котором образуется узор из ярких и темных вертикальных полос, известный как классическая интерференция. Обычно это объясняют тем, что световые волны проходят через две щели и сталкиваются друг с другом на экране.

Исследователи отказались от этой идеи и обратились к так называемым темным состояниям фотонов, особым квантовым состояниям, которые не освещают экран, поскольку не способны взаимодействовать ни с какой другой частицей. Поскольку эти состояния объясняли темные полосы, теперь не было необходимости призывать световые волны.

Это заметное отклонение от наиболее распространенного взгляда на свет в квантовой физике. «Многие профессора говорили мне: «Вы затрагиваете одну из самых фундаментальных вещей в моей жизни, я с самого начала преподавал интерференцию по книге, а теперь вы говорите, что все, чему я учил, неправильно», — говорит Виллаш-Боас. Он говорит, что некоторые из его коллег приняли новую точку зрения. Другие оставались если не откровенно скептичными, то осторожно заинтригованными, поскольку Новый учёныйСообщение подтвердилось, когда исследование впервые стало достоянием общественности.

И с тех пор Виллаш-Боас был занят исследованием нескольких новых последствий темных состояний фотонов. Например, математический анализ, проведенный им и его коллегами, показал, что тепловое излучение, такое как свет, исходящий от Солнца или звезд, может иметь темные состояния, которые несут значительную часть своей энергии, но, поскольку они не взаимодействуют с другими объектами, эта энергия в некотором смысле скрыта. Это можно проверить в экспериментах, которые помещать атомы в полости где их взаимодействие со светом можно точно отслеживать», — говорит Виллаш-Боас.

Он говорит, что новая интерпретация интерференции, предложенная его командой, также позволяет понять, казалось бы, невозможные явления, такие как интерференция волн, даже если они не перекрываются напрямую, или интерференция между механическими и электромагнитными волнами. В любом случае отказ от волновой модели в пользу ярких и темных состояний фотонов открывает новые возможности. Виллаш-Боас может даже представить себе использование некоторых из этих открытий для создания новых типов световых переключателей или устройств, которые прозрачный для определенных типов света.

По его мнению, вся эта работа связана с фундаментальной истиной квантовой физики: невозможно обсуждать квантовые объекты, не описывая, как они взаимодействуют с детекторами и другими устройствами. измерительные приборыв том числе темнота. “На мой взгляд, это не ново. Это то, что квантовая механика уже говорит нам”, – говорит Виллаш-Боас.