Fizicienii au încercat să taie un foton, schimbând înțelegerea particulesi de lumină

Un studiu teoretic realizat de fizicianul Johannes Skaar și colegii săi de la Universitatea din Oslo arată că, în fizica cuantică, procesul de „tăiere” a unui foton conduce la rezultate surprinzătoare, cu stări care pot varia de la zero la un număr infinit de fotoni. Analiza evidențiază diferențele fundamentale dintre comportamentul particulelor clasice și cele cuantice, accentuând complexitatea descrierii particulelor elementare.

Ce presupune „tăierea” unui foton

Fotonul este particula asociată luminii, considerată unică și indecomebilă din punct de vedere clasic. În fizica cuantică, fotonul are o descriere de undă care poate fi interpretată ca un puls ce se propagă prin spațiu. Procesul de „tăiere” implică trecerea unui foton printr-un obturator optic care se închide în timpul trecutului său, blocând coada undei acestuia.

Rezultatele calculelor teoretice

Cercetătorii au constatat că, odată cu închiderea bruscă a obturatorului, starea fotonului nu devine un simplu foton mai scurt sau o cantitate redusă de energie. În schimb, sistemul ajunge într-o stare complexă, formată dintr-o superpoziție de posibilități de la zero fotoni până la un număr infinit de fotoni. În practică, probabilitatea de a obține un număr foarte mare de fotoni rămâne extrem de mică, dar această posibilitate teoretică este fundamentală pentru interpretarea mecanicii cuantice.

De ce pare imposibil rezultatului

Mecanica cuantică operează cu procese bazate pe probabilități, nu pe certitudini absolute. Înainte de măsurare, o particulă se află într-o suprapunere de stări, unde poziția, energia și numărul de fotoni sunt caracterizate prin distribuții de probabilități.

PUBLICITATE

Cei implicați în studiul fotonului au observat că viteza cu care se închide obturatorul influențează această distribuție. În condiții ideale, dacă obturatorul s-ar închide instantaneu, numărul mediu de fotoni ar tinde către infinit. În realitate, imposibilitatea de a întrerupe instantaneu fluxul de undă limitează probabilitățile.

Paradoxal, aceeași stare poate apărea ca fiind simplă dacă este privită doar local. Într-un punct din spatiul de dincolo de obturator, măsurătorile pot indica prezența unui singur foton sau absența totală a lor, dar nașterea unei stări globale complexe, cu un spectru de posibilități între zero și infinit, rămâne o caracteristică fundamentală a comportamentului cuantic.

Această cercetare confirmă că, în mecanica cuantică, procesul de „tăiere” a unui foton nu atrage un rezultat determinist, ci una cu multiple posibilități, reflectând natura probabilistică și superpozițională a particulelor elementare. Aflată în stadiu teoretic, această descoperire relevă cât de profund poate fi diferit comportamentul luminii față de percepțiile clasice obișnuite.