В новаторском исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, ученые из Центра квантовой информации и связи Брюссельской политехнической школы Свободного университета Брюсселя обнаружили открытие, которое ставит под сомнение общепринятое понимание пучка фотонов. Этот неожиданный контрпример способен произвести революцию в нашем понимании квантовой физики и пролить свет на саму природу света.

Принцип дополнительности Нильса Бора, основополагающая концепция квантовой физики, гласит, что объекты могут проявлять либо частицеподобное, либо волнообразное поведение. Примером такой двойственности может служить знаменитый эксперимент с двойными щелями, в котором частицы, проходящие через две щели, создают волнообразные интерференционные полосы, когда их траектории не наблюдаются. Однако, когда траектории наблюдаются, интерференционные полосы исчезают, и частицы ведут себя как классические объекты.

Свет также демонстрирует подобную двойственность. Он может быть описан как электромагнитная волна или как безмассовая частица, называемая фотоном. Одно из интригующих явлений, связанных с фотонами, — это сцепление, когда фотоны стремятся слипнуться вместе, если их пути невозможно различить в эксперименте по квантовой интерференции.

Эффект Хонга-Оу-Манделя демонстрирует такое сцепление на примере двух фотонов, падающих на полупрозрачное зеркало. Эти два фотона всегда выходят вместе на одной стороне зеркала вследствие волнообразной интерференции между их траекториями. Этот эффект невозможно объяснить с точки зрения классической картины мира, где фотоны рассматриваются как классические шары, движущиеся по четко определенным траекториям.

Долгое время считалось, что эффект нагромождения уменьшается по мере того, как фотоны становятся более различимыми. Однако группа специалистов под руководством профессора Николя Серфа недавно доказала ошибочность этого предположения. Их исследование опровергает общепринятое мнение о том, что кучкование должно уменьшаться по мере того, как фотоны становятся более различимыми.

Группа провела эксперименты с использованием полностью неразличимых фотонов и постепенным введением факторов, делающих фотоны все более различимыми, например, разных поляризаций или разных цветов. Удивительно, но эффект группирования не уменьшился, как ожидалось. Напротив, эффект нагромождения оставался сильным, даже когда фотоны были хорошо различимы.

«Это открытие противоречит всему, что, как нам казалось, мы знали о пучке фотонов», — говорит профессор Серф. «Оно открывает новые возможности для понимания поведения света и бросает вызов нашим современным теориям в области квантовой физики».

Последствия этого открытия весьма значительны. Оно указывает на то, что в природе света и поведения фотонов может быть больше, чем считалось ранее. Оно также поднимает вопросы о фундаментальных принципах квантовой физики и границах нашего сегодняшнего понимания.

Специалисты в данной области заинтригованы этими результатами и стремятся изучить их последствия. Доктор Лиза Рэндалл (Lisa Randall), физик-теоретик из Гарвардского университета, комментирует: «Это открытие способно перевернуть наше представление о квантовой физике и природе света. Оно бросает вызов нашим предположениям и открывает новые пути для исследований».

Для полного понимания последствий этого контрпримера и его потенциального влияния на наше понимание квантовой физики необходимы дальнейшие исследования. Однако это новаторское исследование знаменует собой значительный шаг вперед в раскрытии тайн света и поведения фотонов.