當物理學家埃托雷·馬約拉納(Ettore Majorana)在近一個世紀前提出電子可以分成兩半時，這個革命性的想法在很大程度上被低估了。它現(xiàn)在是物理學的基石。

達特茅斯中提琴研究小組的研究人員利用與馬約拉納相同的好奇心， 預(yù)測也可能存在分裂光子。

詹姆斯弗蘭克家族物理學教授洛倫扎維奧拉說：“這是我們?nèi)绾我砸环N被認為不可能的方式理解光的重大范式變化 。” “我們不僅發(fā)現(xiàn)了一個新的物理實體，而且它是一個沒有人相信會存在的實體。”

分裂光子的理論發(fā)現(xiàn)——被稱為“馬約拉納玻色子”——促進了對光及其行為方式的基本理解。描述這一發(fā)現(xiàn)的研究本月發(fā)表在《 物理評論快報》上。

“每個光子都可以被認為是兩個不同部分的總和，”該論文的第一作者、Guarini '22 的文森特弗林說。“我們能夠確定將這些部分彼此隔離的條件。”

類似于液態(tài)水在特定條件下如何變成冰或蒸汽，研究表明光也可以存在于不同的階段——光子表現(xiàn)為兩個不同的半部分。

光子的一半不是可以物理拉開的碎片，而是類似于硬幣的兩側(cè)。這兩個不同的部分構(gòu)成了一個整體，但它們可以作為獨立的單元來描述和發(fā)揮作用。

該理論由物理學和天文學的客座助理教授 Emilio Cobanera 共同撰寫，是在 Wilder Hall 開發(fā)的，Wilder Hall 也是 1900 年代早期具有里程碑意義的研究測量光輻射壓力的實驗室所在的同一棟建筑。

“作為一名早期的職業(yè)科學家，能夠在像馬約拉納這樣的巨人的思想基礎(chǔ)上建立并能夠在一個與光物理學有著如此深厚歷史聯(lián)系的部門這樣做是非常有益的，”弗林說。

新理論依賴于充滿量子光包的能量泄漏空腔，并預(yù)測粒子的一半出現(xiàn)在這種合成平臺的邊緣。

仍然需要進行實驗室實驗來確認光子可以以這種以前無法想象的分裂形式存在。與為檢測著名的希格斯玻色子而建造的大型結(jié)構(gòu)不同，可以使用現(xiàn)有或近期技術(shù)在桌面上進行檢測半光子的測試。

據(jù)研究小組稱，這項研究為發(fā)現(xiàn)新的、奇異的物質(zhì)和光相指明了方向。很難預(yù)測這些發(fā)現(xiàn)將如何應(yīng)用，但馬約拉納玻色子可以支持量子計算、光學傳感器和光放大器。

“為了做出這一發(fā)現(xiàn)，我們必須挑戰(zhàn)長期以來的信念，并真正跳出框框思考，”維奧拉說。“我們已經(jīng)分裂了以前認為不可分裂的東西，我們永遠不會以同樣的方式看待光。”