Jak praví fyzikální mainstream, elementární částice, alespoň pokud víme, by nemělo být možné rozdělit na menší části. Ale vyprávějte to teoretickým fyzikům. Johannes Skaar z norské Universitetet i Oslo a jeho kolegové to odmítli tupě akceptovat a zkusili, co by se stalo, kdyby se někdo pokusil rozříznout foton. Dospěli k překvapivému závěru. Pokus rozpůlit foton (který má nulovou hmotnost) by kupodivu nevedl ke vzniku dvou ještě menších fotonů, ale namísto toho by se z ničeho zjevilo nekonečné množství fotonů. Je to učiněné kvantové čarodějnictví.
Podobně jako každá částice v pojetí kvantové mechaniky existuje foton současně jako lokalizovaná částice a zároveň jako rozprostřená vlna šířící se prostorem. Skaarův tým vymyslel, jak takovou elementární potvoru přefiknout. Zkoumali, co by se stalo, kdyby jediný foton prošel optickou závěrkou, tedy v podstatě velmi rychlým zrcadlem, které lze zapínat a vypínat tak, aby zablokovalo část světelného pulzu. Pokud by závěrka pracovala dostatečně rychle, mohla by zasáhnout foton uprostřed jeho pulzu a odříznout část vlny.
Skaar a spol. k tomu použili kvantové rovnice popisující chování elektromagnetického pole, které souvisí s fotonem, na kvantové úrovni. Ve své analýze konkrétně sledovali, jak by zmíněné rozříznutí fotonu optickou závěrkou změnilo kvantový stav fotonu. Namísto toho, aby po říznutí vznikl foton na jedné straně a vakuum na straně druhé (jak by asi čekal fyzikální selský rozum), vytvoří optická závěrka něco mnohem podivnějšího a složitějšího. Zjeví se superpozice stavů obsahující současně nekonečné množství fotonů. Jako kdyby se objevil Hagrid a máchnul deštníkem.
Nápovědou budiž, že v kvantové mechanice není prázdný prostor ve skutečnosti prázdný. Ve vakuu neustále probíhají fluktuace elektromagnetického pole. Badatelé zjistili, že rychlé přepínání závěrky tyto fluktuace naruší, a tím spontánně vytváří nové fotony. Současně platí, že kdybychom lokálně pozorovali pouze oblast bezprostředně na obou stranách závěrky, vypadal by výsledný stav zdánlivě obyčejně: na jedné straně by byl k nerozeznání od jediného fotonu a na druhé od prostého vakua.
Skaar a jeho spolupracovníci se namlsali, ale nechtějí přestat. Budou zkoumat, jestli to bude podobně bizarní i v případech, kdy je ve hře více než jeden foton, nebo pokud se analýza rozšíří na jiné elementární částice, například elektrony. Šlo by to udělat experimentálně? Nějak aplikovat? A kdo ví, jaký to bude mít přesah do kvantového loru?
Video: The Empty Atom Myth: Why “Nothing” Isn’t Empty at All
Literatura
Kvantové podivnosti: Na rotující nanočástice působí Casimirova síla
Autor: Stanislav Mihulka (11.04.2017)
Kvazičástice v kvantových systémech mohou být prakticky nesmrtelné
Autor: Stanislav Mihulka (21.06.2019)
Casimirova interakce: Kvantové podivnosti protlačí teplo vakuem
Autor: Stanislav Mihulka (02.01.2020)
Diskuze:
Čarodějnictví může být kde co.
Aleš Okon,2026-06-04 13:06:53
Zajímavý výzkum, ale titulek o „rozříznutí fotonu“ je spíše novinářská magie než přesná fyzika.
Článek vzbuzuje dojem, že se fyzici pokoušejí rozseknout elementární částici na dvě poloviny jako jablko, což by samo o sobě nedávalo smysl. Hlavním aktérem a skutečným cílem tohoto myšlenkového experimentu totiž není onen letící foton, ale samotný prostor a kvantové vakuum.
Co se v teoretickém modelu reálně stane? Vložení absolutní a nekonečně rychlé překážky (závěrky) do prostoru násilně a bleskově změní jeho geometrii. Tím se doslova přestřihnou přirozené vazby v kvantovém vakuu. Všudypřítomné fluktuace (virtuální páry částic), které běžně ihned vznikají a zase zanikají (anulují se), se najednou ocitnou oddělené neprostupnou stěnou. Nemohou se vyrušit, a proto jsou energetickým šokem z bariéry donuceny zhmotnit se jako reálné fotony.
Původní foton je v tom celém spíše „nevinný kolemjdoucí“, kterého tato náhlá kvantová bouře pohltí do složité superpozice. Výzkum Johannese Skaara je fascinujícím náhledem do dynamiky kvantových polí (jde o formu dynamického Casimirova efektu), ale dělat z toho „řezání částic“ podstatu jevu zbytečně zatemňuje. Neřežeme foton, ale prostor kolem něj.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
