Όχι. Δεν υπάρχει «μισό φωτόνιο». Ως θεμελιώδες κβάντο του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, ένα φωτόνιο είναι αδιαίρετο. Ωστόσο, ένα φωτόνιο μπορεί να προετοιμαστεί σε έναν χρονικά ή χωρικά εκτεταμένο τρόπο ταλάντωσης του πεδίου, γεγονός που γεννά το ερώτημα αν αυτός ο τρόπος ταλάντωσης μπορεί να κοπεί σε κομμάτια.
Ο Isak Rukan από το Πανεπιστήμιο του Όσλο και οι συνεργάτες του ανέλυσαν αυστηρά ένα τέτοιο σενάριο. Συγκεκριμένα, υπολόγισαν τι θα συνέβαινε αν ένας καθρέφτης εξαφανιζόταν ξαφνικά ενώ η μονοφωτονική διέγερση ενός συγκεκριμένου τρόπου ταλάντωσης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου ανακλάται σε αυτόν.
Οι ερευνητές θεώρησαν ένα φωτόνιο(2) που κατευθυνόταν προς έναν καθρέφτη. Όταν μόνο το εμπρόσθιο τμήμα του σχετικού τρόπου ταλάντωσης του πεδίου είχε ήδη ανακλαστεί και κινούνταν προς τα αριστερά, ο καθρέφτης απομακρύνθηκε.
Διαισθητικά θα μπορούσε κανείς να υποθέσει ότι η κατάσταση παραμένει κατάσταση ενός φωτονίου και απλώς μοιράζεται μεταξύ ενός ανακλώμενου και ενός μεταδιδόμενου μέρους. Ή, από κβαντική σκοπιά, ότι η απομάκρυνση του καθρέφτη δημιουργεί μια υπέρθεση μιας κατάστασης που διαδίδεται προς τα αριστερά και μίας που διαδίδεται προς τα δεξιά.
Ο Rukan και οι συνεργάτες του προέβλεψαν ένα πιο παράξενο αποτέλεσμα, το οποίο προκύπτει από μια ιδιότητα της κβαντικής θεωρίας πεδίου: το χρονικό προφίλ ενός τρόπου ταλάντωσης που περιέχει ένα μόνο φωτόνιο δεν μπορεί να αποκτήσει αυστηρά απότομο άκρο παραμένοντας καθαρή κατάσταση ενός φωτονίου.
Ωστόσο, μια γενικότερη κβαντική κατάσταση του πεδίου που περιέχει συνιστώσες με διαφορετικούς αριθμούς φωτονίων μπορεί να αναπαράγει ένα τέτοιο απότομο άκρο. Και όσο πιο απότομη είναι η αποκοπή, τόσο μεγαλύτερη είναι η συμβολή καταστάσεων με μεγαλύτερους αριθμούς φωτονίων.
Οι ερευνητές περιέγραψαν το φαινόμενο χρησιμοποιώντας τους λεγόμενους μετασχηματισμούς Bogoliubov, οι οποίοι προκύπτουν από τη χρονικά εξαρτώμενη μεταβολή των τρόπων ταλάντωσης του κβαντικού πεδίου όταν αφαιρείται ο καθρέφτης. Αυτή η αφαίρεση ασκεί μια «έλξη» στο κβαντικό πεδίο, η οποία «ανασύρει» ακριβώς όσα φωτόνια χρειάζονται μέσα από το κβαντικό κενό για να σχηματιστεί μια κατάλληλα απότομη άκρη. Για μια ακαριαία αφαίρεση, ο αναμενόμενος αριθμός φωτονίων αυξάνεται στο άπειρο.
Το έργο που παράγεται από αυτή τη βίαιη μεταβολή των οριακών συνθηκών του πεδίου εισάγει ενέργεια στο σύστημα, η οποία οδηγεί στην δημιουργία πρόσθετων κβαντικών διεγέρσεων, με τρόπο παρόμοιο με το δυναμικό φαινόμενο Casimir
Για μια ιδεατή στιγμιαία απομάκρυνση του καθρέφτη, ο αναμενόμενος αριθμός φωτονίων γίνεται άπειρος. Αυτό δεν σημαίνει ότι σε ένα πραγματικό πείραμα θα παραχθούν άπειρα φωτόνια, αλλά ότι η μαθηματική περιγραφή της τελικής κατάστασης περιλαμβάνει συνεισφορές από αυθαίρετα μεγάλους αριθμούς φωτονίων. Για πιο αργά και πειραματικά υλοποιήσιμα σενάρια, η πρόσθετη παραγωγή φωτονίων παραμένει μικρή
πηγή: Cutting the Tail of a Photon – https://physics.aps.org/articles/v19/s91
παρατηρήσεις:
(1) Στην κβαντική θεωρία πεδίου το φωτόνιο περιγράφεται θεμελιωδώς ως η στοιχειώδης διέγερση ενός τρόπου ταλάντωσης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και όχι ως ένα μικροσκοπικό σωματίδιο με σαφές σχήμα και όρια. Ένα φωτόνιο μπορεί να είναι υπέρθεση πολλών συχνοτήτων χωρίς να παύει να είναι ένα μόνο φωτόνιο, όπως ένας σύντομος μουσικός παλμός περιέχει πολλές συχνότητες χωρίς να αποτελείται από πολλούς διαφορετικούς ήχους
(2) Στην περίπτωση αυτή το φωτόνιο δεν αντιστοιχεί σε μία μόνο συχνότητα αλλά σε έναν σύντομο παλμό φωτός. Στην κβαντική θεωρία πεδίου αυτό σημαίνει ότι το φωτόνιο βρίσκεται σε έναν τρόπο ταλάντωσης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που αποτελεί υπέρθεση πολλών συχνοτήτων. Ή πιο απλά: Ένα φωτόνιο ακριβώς καθορισμένης συχνότητας θα ήταν απεριόριστα εκτεταμένο στον χρόνο. Για να περιγράψουμε έναν σύντομο παλμό φωτός, το φωτόνιο πρέπει να είναι υπέρθεση πολλών συχνοτήτων.
Κατηγορίες:ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ
physicsgg 
Σχολιάστε