人類首次發現新光子:質量大、速度慢、相互影響!

來自2月16日全球頂級學術期刊《科學》的最新消息:美國科學家在實驗室里發現一種前所未見的奇異光:

由雙光子或者三個光子組合形成的新型光子,具有質量大、速度慢、相互影響等特點。

這不僅是光學領域最新重大發現,而且將在量子應用領域,具有非常實際的重要意義。

  • 到底這是怎麼一回事?

先來看看光——按照不同分法,光可以分為很多種:

  • 按照顏色,牛頓把光分成7種顏色——紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。

  • 按照產生機制,又可以分為普通光、激光。

  • 按照肉眼能否看得見,分為可見光、不可見光——

可見光大家都熟悉,就是牛頓7色光;

不可見光其實占整個光線(電磁波)絕大部分,按照能量/頻率由低到高依次列為:

無線電波、微波、紅外線、近紅外線、可見光、近紫外線、紫外線、X射線、伽馬射線、超高能伽馬射線。

總之,光是人類探知宇宙奧秘、自然規律的最大利器

在粒子物理世界當中,光是由一種基本粒子——光子組成的,

最初愛因斯坦叫它光量子(light quantum)。

你可以理解為一股股的電磁波的能量波包,也就是電磁波的量子。

簡單來說,光子有幾個特點——

  • 負責傳遞電磁力,可以遠距離移動
  • 具有波粒二象性(能夠展現出波動性、粒子性)
  • 靜止質量為0(無質量粒子)
  • 電荷為0
  • 傳播速度為光速(真空中)

……

知道了以上這些,我們就可以理解科學家的最新發現了。

  • 問題來了,科學家到底是怎麼發現新型光的?

進行該項實驗的哈佛大學和麻省理工學院的科研團隊,是在一種特殊實驗條件下——逼近絕對零度下,

由銣原子形成的「銣原子云」(屬於一種量子非線性介質),

生成了雙光子、三光子,

由此形成了一束非常微弱的激光束——這就是新型光子。

你可以理解為一對光子或者三合一光子組合成的新光子

這種新型光子跟一般光子相比,具有幾個特點:

  • 新型光有質量

大約相當於電子的幾分之一,而電子質量為9.109 383 56(11)×10-31 kg。

剛才說了,一般光子是無質量粒子。

  • 新型光傳播速度相當慢

只是真空光速的10萬分之一,只有每秒300米。

這比點22口徑步槍子彈速度還要慢些,相當於地球同步軌道衛星飛行速度的1/10。

  • 新型光子相互間的影響作用,明顯增強。

我們知道,兩隻手電筒在黑暗狀態下交叉,會是什麼情況?

光束交叉後,還是各行其道。

但最新發現的光子卻不是這樣——兩束新型光子相遇後,就會神奇的合併成一個光束,或者相互拉扯、影響。

  • 這意味著什麼?有何意義?

根據麻省理工物理學家弗萊迪(Vladan Vuletic)的解釋:新型光子確實可以相互作用!

正是利用這種光子之間的特殊作用,人類就可以按照想要的方式,有效操控、分配量子信息。

這樣的話,一旦用於信息傳輸等領域,尤其在量子計算和信息傳輸上,就會具有非常實際、非常重大的意義。

這項突破性研究現已得到美國國家科學基金會的支持。

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