Идеи и парадоксы квантовой теории

Ученые из Ирландии открыли крайне необычную форму света, угловая скорость которой может меняться с шагами, вполовину меньших минимально допустимых значений, диктуемых константой Планка, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
"Нас давно интересовало то, как мы можем заставить свет вести себя как-то по другому, и как подобное нестандартное поведение можно использовать на пользу человечества. Наше открытие поэтому интересно тем, что мы смогли изменить то свойство света, которое мы всегда считали постоянной величиной", — заявил Пол Истхэм (Paul Eastham) из колледжа Тринити в Дублине (Ирландия).

Вопреки обыденным представлениям, частицы света движутся не только по прямой линии, но и вращаются вокруг себя, создавая электромагнитное поле, закрученное в своеобразную спираль или в хаотичную структуру. До настоящего времени физики считали, что эта скорость вращения меняется не произвольным образом – ее сдвиги должны быть кратны постоянной Планка, краеугольному камню квантовой теории, разделенной на двойное число пи.
Истхэм и его коллеги показали, что на самом деле это не так – угловая скорость движения света может меняться со значениями, кратными половине постоянной Планка, просчитав условия, при которых это может происходить, а затем реализовав эти идеи в эксперименте с реальными частицами света.

В целом, данный эксперимент напоминает тот опыт, в ходе которого знаменитый ирландский физик Уильям Гамильтон в середине 19 века открыл, что свет, проходящий через так называемые двуосные кристаллы, превращается в набор из светлых и темных колец, чье существование продемонстрировало волновую часть природы света.
Используя подобный кристалл, особый прибор ("q-пластина"), "закручивавший" свет, и набор лазеров и линз, авторы статьи смогли измерить то, как менялась угловая скорость фотонов с течением времени. Эти измерения помогли ученым доказать, что она может меняться не только на числа, кратные постоянной Планка, но и на значения, равные половине от нее.

Подобное открытие говорит о том, что частицы света могут вести себя не только как бозоны, переносчики фундаментальных взаимодействий, но и как фермионы – особый класс частиц с полуцелым спином, к числу которых относятся электроны и прочие лептоны. Подобное поведение, как считают ученые, стало возможным благодаря тому, что в таких случаях фотоны ведут себя как объекты в двумерном, а не трехмерном пространстве.