當(dāng)物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納(Ettore Majorana)在近一個(gè)世紀(jì)前提出電子可以分成兩半時(shí)，這個(gè)革命性的想法在很大程度上被低估了。它現(xiàn)在是物理學(xué)的基石。

達(dá)特茅斯中提琴研究小組的研究人員利用與馬約拉納相同的好奇心， 預(yù)測(cè)也可能存在分裂光子。

詹姆斯弗蘭克家族物理學(xué)教授洛倫扎維奧拉說(shuō)：“這是我們?nèi)绾我砸环N被認(rèn)為不可能的方式理解光的重大范式變化 。” “我們不僅發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的物理實(shí)體，而且它是一個(gè)沒(méi)有人相信會(huì)存在的實(shí)體。”

分裂光子的理論發(fā)現(xiàn)——被稱(chēng)為“馬約拉納玻色子”——促進(jìn)了對(duì)光及其行為方式的基本理解。描述這一發(fā)現(xiàn)的研究本月發(fā)表在《 物理評(píng)論快報(bào)》上。

“每個(gè)光子都可以被認(rèn)為是兩個(gè)不同部分的總和，”該論文的第一作者、Guarini '22 的文森特弗林說(shuō)。“我們能夠確定將這些部分彼此隔離的條件。”

類(lèi)似于液態(tài)水在特定條件下如何變成冰或蒸汽，研究表明光也可以存在于不同的階段——光子表現(xiàn)為兩個(gè)不同的半部分。

光子的一半不是可以物理拉開(kāi)的碎片，而是類(lèi)似于硬幣的兩側(cè)。這兩個(gè)不同的部分構(gòu)成了一個(gè)整體，但它們可以作為獨(dú)立的單元來(lái)描述和發(fā)揮作用。

該理論由物理學(xué)和天文學(xué)的客座助理教授 Emilio Cobanera 共同撰寫(xiě)，是在 Wilder Hall 開(kāi)發(fā)的，Wilder Hall 也是 1900 年代早期具有里程碑意義的研究測(cè)量光輻射壓力的實(shí)驗(yàn)室所在的同一棟建筑。

“作為一名早期的職業(yè)科學(xué)家，能夠在像馬約拉納這樣的巨人的思想基礎(chǔ)上建立并能夠在一個(gè)與光物理學(xué)有著如此深厚歷史聯(lián)系的部門(mén)這樣做是非常有益的，”弗林說(shuō)。

新理論依賴(lài)于充滿量子光包的能量泄漏空腔，并預(yù)測(cè)粒子的一半出現(xiàn)在這種合成平臺(tái)的邊緣。

仍然需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)來(lái)確認(rèn)光子可以以這種以前無(wú)法想象的分裂形式存在。與為檢測(cè)著名的希格斯玻色子而建造的大型結(jié)構(gòu)不同，可以使用現(xiàn)有或近期技術(shù)在桌面上進(jìn)行檢測(cè)半光子的測(cè)試。

據(jù)研究小組稱(chēng)，這項(xiàng)研究為發(fā)現(xiàn)新的、奇異的物質(zhì)和光相指明了方向。很難預(yù)測(cè)這些發(fā)現(xiàn)將如何應(yīng)用，但馬約拉納玻色子可以支持量子計(jì)算、光學(xué)傳感器和光放大器。

“為了做出這一發(fā)現(xiàn)，我們必須挑戰(zhàn)長(zhǎng)期以來(lái)的信念，并真正跳出框框思考，”維奧拉說(shuō)。“我們已經(jīng)分裂了以前認(rèn)為不可分裂的東西，我們永遠(yuǎn)不會(huì)以同樣的方式看待光。”