據(jù)國外媒體報道,,光的一種奇異現(xiàn)象可能正在顛覆量子力學的基礎(chǔ),。光子是構(gòu)成光的粒子,,它們構(gòu)成了一個基于光的莫比烏斯環(huán),,其中表現(xiàn)出的動量特征是此前科學家認為不可能出現(xiàn)的,。這項發(fā)現(xiàn)可能會動搖量子力學的一些基本假設(shè),,后者是描述亞原子粒子世界的經(jīng)典理論。( }8 V5 {0 h7 Y5 s
這項研究的合作者之一,,愛爾蘭都柏林圣三一學院的物理學家保羅·埃薩姆(Paul Eastham)指出:“這是光的一種基本性質(zhì),,我們證明了其和人們此前設(shè)想的不太一樣�,!�
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“空心”的光, Z$ i( ?- S: \+ h! ~
+ x2 q4 q: e6 N+ l這項研究的最早淵源還要追溯到200多年前,,當時的愛爾蘭物理學家和天文學家威廉·漢密爾頓(William Hamilton)和他的合作者漢弗萊·勞埃德(Humphrey Lloyd)預言,具備某種特定內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)的晶體將能夠產(chǎn)生中空的“光管路”,,前提條件是入射光線照射到晶體表面的角度合適。, Z4 s2 h$ t* O" b5 p
) f* v/ a. [" ?& P4 ^8 x' x為了向這一200多年前的偉大發(fā)現(xiàn)致敬,,埃薩姆與合作者決定深入探查這一現(xiàn)象背后的理論基礎(chǔ),。首先他想到的是,這樣一種中空形態(tài)的光線對于光子的角動量究竟意味著什么,。隨著在數(shù)學運算方面的深入進行,,他突然意識到一些奇怪的事情:在這一中空光線中的光子將具備的角動量約為1.5倍的普朗克常數(shù),后者是描述能量與波長之間關(guān)系的基本物理學常數(shù),。
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但這樣的情況是令人難以相信的,,因為量子理學原理限定了光子的角動量必須是普朗克常數(shù)的整數(shù)倍,比如2倍,,-3倍等等,,而不能出現(xiàn)0.5倍這樣的情況。9 e% ?3 O" g$ n, O) _' F* x" k( Q
! t" ?/ X9 {0 `: ], k2 @自旋為半的光子
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為了檢驗他們計算結(jié)果是否的確在現(xiàn)實中存在,,他們決定對這一理論進行實驗驗證,。他們將一束激光以精確的特定角度射向一塊晶體,隨后使用一種被稱作干涉儀的光學部件對這束激光進行分束,,并按照其自旋特征進行分離,。0 u% P$ \ _# x+ B: h
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非常明確的實驗結(jié)果就是,在測量時,,這些光子的角動量值分別顯示約為1.5倍普朗克常數(shù)和-1.5倍普朗克常數(shù),。研究組已經(jīng)將相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在4月29日出版的在線版《科學進展》雜志上。
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) w3 Z, E, t6 v這項研究的另外一位合作者,同樣來自愛爾蘭都柏林圣三一學院的物理學家凱勒·巴蘭汀(Kyle Ballantine)表示,,這項發(fā)現(xiàn)非常有趣,,因為其暗示光子的行為可能與我們此前對其作出的預測不符合。他說:“所有粒子都可以被分為兩大類,,第一類叫玻色子,,其中就包括光子,這類粒子的特點是它們都有整數(shù)角動量(自旋量子數(shù)是整數(shù)),,另一類粒子叫做費米子,,比如電子,這類粒子的自旋量子數(shù)就不是整數(shù),。這樣的區(qū)別非常重要,,因為這會導致非常不同的量子行為。而我們此次研究的結(jié)果顯示,,我們能夠創(chuàng)造出一束光子流,,其行為類似費米子,這兩者是完全不同的,�,!�
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不過,這項研究也并不會就此削弱普朗克常數(shù)的重要性,,或是顛覆整個亞原子物理學大廈的根基,。埃薩姆表示:“我們并未打破量子力學�,!� G& p6 W$ }7 ^1 v- E W4 P; n
/ v \! z |5 I3 V( x當然,,不管如何,這項研究得到的結(jié)果仍然非常新穎,,它深層的意義目前仍然不甚明確,。但其中一項至少是明確的:這項發(fā)現(xiàn)將對量子計算和密碼學研究產(chǎn)生影響,這兩個領(lǐng)域的研究都是基于亞原子粒子的相關(guān)性質(zhì),,而關(guān)于這一方面,,我們可能需要修正一些原先的觀點。
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