Casi un siglo después de que el físico italiano Ettore Majorana sentara las bases para el descubrimiento de que los electrones podrían dividirse en mitades, los investigadores predicen que también pueden existir fotones divididos, según un estudio de investigadores del Instituto Politécnico de Dartmouth y SUNY.
El hallazgo de que los componentes básicos de la luz pueden existir en una forma dividida previamente inimaginable avanza la comprensión fundamental de la luz y cómo se comporta.
El descubrimiento teórico del fotón dividido, conocido como "bosón de Majorana", se publicó en Cartas de revisión física .
"Este es un cambio de paradigma importante de cómo entendemos la luz de una manera que no se creía posible", dijo Lorenza Viola, profesora de física de la familia James Frank en Dartmouth e investigadora principal del estudio.encontramos una nueva entidad física, pero era una que nadie creía que pudiera existir ".
De manera similar a cómo el agua líquida puede transformarse en hielo o vapor en condiciones específicas, la investigación indica que la luz también puede existir en una fase diferente, una en la que los fotones aparecen como dos mitades distintas.
"El agua es agua independientemente de su forma líquida o sólida. Simplemente se comporta de manera diferente dependiendo de las condiciones físicas", dijo Viola. Así es como necesitamos acercarnos a nuestra comprensión de la materia parecida a la luz, puede existir en diferentes fases. "
En lugar de piezas que puedan separarse físicamente, las mitades de los fotones sirven de manera similar a las diferentes caras de una moneda. Las dos partes distintas forman un todo, pero pueden describirse y funcionar como unidades separadas.
"Cada fotón puede considerarse como la suma de dos mitades distintas", dijo Vincent Flynn, candidato a doctorado en Dartmouth y primer autor del artículo. "Pudimos identificar las condiciones para aislar estas mitades entre sí".
La investigación se basa en los fundamentos de la física.
Las partículas vienen en dos tipos diferentes: fermiones y bosones. Los fermiones, como los electrones, tienden a ser solitarios, evitándose a toda costa. Los bosones, como los fotones, tienden a agruparse. Por lo tanto, era natural que los investigadoresSupongamos que dividir bosones sería una tarea insuperable.
La teoría de Dartmouth se basa en cavidades disipadoras con fugas de energía que se acoplan y se llenan con paquetes cuánticos de luz. La investigación predice que las mitades de partículas aparecen en los bordes de una plataforma sintética de este tipo: se descubrió el bosón Majorana.
"Nuestro descubrimiento proporciona el primer indicio de que puede existir una fase topológica previamente desconocida de la luz y la materia que alberga los bosones de Majorana", dijo Flynn.
El hallazgo teórico se basa en la predicción en 1937 de la existencia de partículas neutras similares a los electrones conocidas como fermiones de Majorana. En 2001, los investigadores sugirieron un proceso específico sobre cómo los electrones en realidad podrían dividirse a la mitad en ciertos superconductores. Pero el fotón se había mantenidoindivisible hasta ahora.
Según el equipo de investigación, los bosones de Majorana pueden considerarse parientes lejanos de los fermiones de Majorana.
"Los fermiones y los bosones son tan diferentes como dos cosas pueden ser en física", dijo Emilio Cobanera, profesor asistente de física en el Instituto Politécnico SUNY y coautor del estudio. "En efecto, las partículas son imágenes distorsionadas de cada uno de ellos.otro. La existencia de los fermiones de Majorana fue nuestra pista principal de que el bosón de Majorana se escondía en algún lugar del espejo de la casa de la risa ".
La confirmación del bosón de Majorana aún requeriría un experimento de laboratorio que observe las mitades de fotones. A diferencia de las estructuras masivas construidas para detectar el renombrado bosón de Higgs, un experimento para detectar las mitades de fotones podría realizarse en una mesa. Tal experimento podría utilizaro tecnologías a corto plazo.
El equipo descubrió que los bosones de Majorana son robustos contra imperfecciones experimentales e identificables por firmas distintas. Aunque es difícil predecir cómo se pueden aplicar los hallazgos, esas características podrían respaldar el desarrollo de nuevos tipos de procesadores de información cuántica, sensores ópticos yamplificadores de luz. La investigación también señala el camino hacia el descubrimiento de una fase nueva y exótica de la materia y la luz.
"Para hacer este descubrimiento tuvimos que desafiar creencias arraigadas y realmente pensar fuera de la caja", dijo Viola. "Hemos dividido algo que antes se pensaba que no se podía dividir, y nunca miraremos la luz de la misma manera. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Dartmouth . Original escrito por David Hirsch. Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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