Fotonai gali būti „perskelti“ pusiau ir tapti keista nauja šviesos forma

Šviesos tipas, kuris, manyta, neįmanomas, gali visgi būti realus. Jis sukuriamas, „perskeliant“ vieną šviesos fotoną tarp dviejų vietų, ir taip pagaminant daleles, vadinamas Majorana bozonais.

1937 metais, italų fizikas Ettore Majorana iškėlė idėją, kad fermionams priskiriami elektronai galėtų būtu perskelti į dvi teorines daleles, vadinamas Majorana fermionais. Tai nereiškia fizinio elektrono perskėlimo pusiau, o tik kvantiniais efektais pasiekiamo perskėlimo vaizdo suteikimas elektronui.

Šios dvi pusės tebebūtų to paties elektrono dalys, tačiau erdviškai atskiros ir galėtų būti aprašomos, kaip atskiri objektai, kaip dvi storos monetos pusės ar dvi kelnių klešnės. „Tai lyg paimtumėte džinsus ir jų klešnes ištemptumėte į šonus taip toli, kaip tik įmanoma. Tai tebebūtų vieni džinsai, bet klešnių skylės būtų toli viena nuo kitos,“ aiškina Lorenza Viola iš Dartmouth koledžo New Hampshire.

Viola su kolegomis Majorana dalelių koncepciją praplėtė iki bozonų, dalelių klasės, kuriai priklauso ir fotonai. Lig tol manyta, kad Majorana bozonai būtų matematiškai neįmanomi.

„Iš pat pradžių daugybė dalykų kliudė tai atlikti,“ prisimena Vincent Flynn iš Viola’os Dartmoutho komandos. „Tai buvo jaudinama, kai galiausiai atradome būdą realizuoti dalykus, kurie daugumos žmonių šios sferos žmonių teigimu, egzistuoti negalėjo.“

Remiantis tyrėjų skaičiavimais, kuriant Majorana bozonus, reikia šiek tiek energijos nutekinti iš sistemos, užuot ją izoliavus, kaip būtina su Majorana fermionais. Fotonų atveju, sistema būtų šviesa užpildytų sujungtų ertmių grandinė, ir Majorana fotonai susidarytų abiejose grandinės pusėse. Tai reprezentuotų visai naują šviesos fazę.

Kadangi kiekviena Majorana bozonų pora būtų dalis tos pačios dalelės, manipuliavimas viena iš jų galėtų pakeisti matuojamą kitos dalies būseną dėl kvantinės koreliacijos, vadinamos susietumu. „Toje grandinėje vyksta tam tikrų dalelių savybių koreliacijos dideliu atstumu, ir jos stiprėja ilgėjant grandinei ir dalelėms tolstant vienai nuo kitos, ir yra „baugus veikimas per atstumą“, sako Viola, turėdama omenyje Einšteino pateiktą kvantinio susietumo apibūdinimą.

Viena iš to pasekmių – į tokios ertmių grandinės galą leidžiama šviesa galėtų iš kito galo sklisti stipresnė.

Tai praverstų gaminant išorės trukdžiams atsparesnius kvantinius kompiuterius, sako Alex Ruichao Ma iš Purdue universiteto Indianoje. „Majorana dalelėmis koduojant kvantinę informaciją, informacijos nebūtų galima sunaikinti, sunaikinus tik vieną iš jų,“ sako Ma.

Viola su kolegomis tik parodė, kad Majorana bozonai įmanomi teoriškai – toliau reikia pabandyti sukurti juos laboratorijoje.

„Sukonstruoti mažą sistemą, skirtą vien patikrinti šias idėjas, tikrai galima artimiausiu metu, bet sudėtingesnės sistemos, kuriose būtų galima iš tiesų panaudoti Majorana bozonus, dar reikės šiek tiek luktelėti,“ sako Ma.

Leah Crane
www.newscientist.com

Žurnalo nuoroda: Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.245701