La scissione dei fotoni rende possibile una nuova forma di luce

La frantumazione della luce nelle cosiddette particelle di Majorana, qualcosa che è stato a lungo ritenuto impossibile, potrebbe rivelarsi possibile dopo tutto.

Potrebbe esserci ancora un tipo di luce impossibile. Per generare questa luce, dovresti dividere un fotone (una particella di luce) per produrre i cosiddetti bosoni di Majorana.

Nel 1937, il fisico italiano Ettore Majorana suggerì che alcuni elettroni, che appartengono alla classe dei fermioni nella fisica delle particelle, possono dividersi in due particelle teoriche chiamate fermioni di Majorana. Gli elettroni non sono fisicamente spezzati a metà. Invece, gli effetti quantistici fanno sembrare che l’elettrone si sia diviso.

testa o croce

Insieme, queste due metà costituiscono ancora lo stesso elettrone. Tuttavia, sono spazialmente separati l’uno dall’altro e quindi possono essere visti come oggetti diversi, come due facce di una moneta o due piedi degli stessi pantaloni. “È come prendere un paio di pantaloni e allargare entrambe le gambe il più possibile. Sono sempre gli stessi pantaloni, ma entrambe le estremità sono distanti”, ha detto Lorenza Viola, professore di fisica teorica al Dartmouth College nel New Hampshire.

Viola e i suoi colleghi hanno ora esteso il concetto di particelle di Majorana ai bosoni. Anche i fotoni appartengono a questa classe di particelle. Prima di questo, i bosoni di Majorana erano considerati matematicamente impossibili.

“Gran parte del nostro lavoro precedente si è concentrato sull’esposizione di tutti i modi possibili per farlo”, ha affermato Vincent Flynn, un membro del team di ricerca di Viola. “È stato emozionante trovare finalmente la chiave per creare queste particelle, quando la maggior parte dei fisici pensava che non potessero esistere”.

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Il trucco per creare bosoni di Majorana, secondo i calcoli dei ricercatori, è far fuoriuscire una piccola quantità di energia dal sistema, piuttosto che isolarla come necessario per i fermioni di Majorana. Per i fotoni, questo sistema sarebbe una serie di cavità adiacenti, piene di luce. Questo creerà fotoni Majorana ad entrambe le estremità della catena. Questa sarebbe una forma di luce completamente nuova.

groviglio

Poiché ogni coppia di bosoni di Majorana appartiene a una particella, il cambiamento di una particella influenzerà direttamente anche l’altra. Ciò è dovuto all’entanglement quantistico. Ci sono interazioni a lungo raggio di determinate proprietà in tutta la catena e diventano più forti man mano che la catena cresce e le particelle si allontanano. Queste sono eccitanti “forze misteriose a distanza”, dice Viola, riferendosi alla descrizione di Einstein dell’entanglement quantistico.

Il risultato è che la luce che brilla all’estremità di una tale stringa esce dall’altra parte più forte di quanto entri.

Questo potrebbe essere utile per rendere i computer quantistici più resistenti ai disturbi esterni, afferma Alex Ruichao Ma, fisico quantistico alla Purdue University in Indiana, USA. “Se usi due particelle principali per codificare le informazioni quantistiche, non puoi perdere quelle informazioni se manca solo una delle particelle”, dice Ma.

Viola e i suoi colleghi hanno solo dimostrato che i bosoni di Majorana sono teoricamente possibili. Il passo successivo è il loro lavoro in laboratorio.

Sarà sicuramente possibile in un prossimo futuro costruire un piccolo sistema per testare queste idee. “La creazione di sistemi più complessi in cui è possibile utilizzare effettivamente i bosoni di Majorana è una cosa a lungo termine”, afferma Ma.

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