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据国外媒体报道，光的一种奇异现象可能正在颠覆量子力学的基础。光子是构成光的粒子，它们构成了一个基于光的莫比乌斯环，其中表现出的动量特征是此前科学家认为不可能出现的。这项发现可能会动摇量子力学的一些基本假设，后者是描述亚原子粒子世界的经典理论。
; f$ H, Z. D; g! o& S4 v [; X这项研究的合作者之一，爱尔兰都柏林圣三一学院的物理学家保罗·埃萨姆(Paul Eastham)指出：“这是光的一种基本性质，我们证明了其和人们此前设想的不太一样。”6 {# X1 [. A' s% O% _+ E( o
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“空心”的光
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, T5 H7 K& L! ?# A! W这项研究的最早渊源还要追溯到200多年前，当时的爱尔兰物理学家和天文学家威廉·汉密尔顿(William Hamilton)和他的合作者汉弗莱·劳埃德(Humphrey Lloyd)预言，具备某种特定内部原子结构的晶体将能够产生中空的“光管路”，前提条件是入射光线照射到晶体表面的角度合适。
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为了向这一200多年前的伟大发现致敬，埃萨姆与合作者决定深入探查这一现象背后的理论基础。首先他想到的是，这样一种中空形态的光线对于光子的角动量究竟意味着什么。随着在数学运算方面的深入进行，他突然意识到一些奇怪的事情：在这一中空光线中的光子将具备的角动量约为1.5倍的普朗克常数，后者是描述能量与波长之间关系的基本物理学常数。
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" } t5 \5 ~+ f( w- U但这样的情况是令人难以相信的，因为量子理学原理限定了光子的角动量必须是普朗克常数的整数倍，比如2倍，-3倍等等，而不能出现0.5倍这样的情况。1 Q% n* P+ |" Q2 F) q
/ K6 Q6 k7 S5 ]! F e$ ^! n1 i3 P1 n自旋为半的光子. l# U! Y* q- o( ^1 z" I
6 A' w8 \$ ~, X4 U4 @5 J' D为了检验他们计算结果是否的确在现实中存在，他们决定对这一理论进行实验验证。他们将一束激光以精确的特定角度射向一块晶体，随后使用一种被称作干涉仪的光学部件对这束激光进行分束，并按照其自旋特征进行分离。7 f0 Z. R# H, T% H5 L
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非常明确的实验结果就是，在测量时，这些光子的角动量值分别显示约为1.5倍普朗克常数和-1.5倍普朗克常数。研究组已经将相关研究结果发表在4月29日出版的在线版《科学进展》杂志上。: e) U4 G9 A7 n; a, N& C2 P9 C u
- y; l$ h0 f3 t4 ~4 W, z这项研究的另外一位合作者，同样来自爱尔兰都柏林圣三一学院的物理学家凯勒·巴兰汀(Kyle Ballantine)表示，这项发现非常有趣，因为其暗示光子的行为可能与我们此前对其作出的预测不符合。他说：“所有粒子都可以被分为两大类，第一类叫玻色子，其中就包括光子，这类粒子的特点是它们都有整数角动量(自旋量子数是整数)，另一类粒子叫做费米子，比如电子，这类粒子的自旋量子数就不是整数。这样的区别非常重要，因为这会导致非常不同的量子行为。而我们此次研究的结果显示，我们能够创造出一束光子流，其行为类似费米子，这两者是完全不同的。”& |' k+ H+ t6 P/ C# S) |
0 R9 i5 e3 z5 U) L# L: Z4 o不过，这项研究也并不会就此削弱普朗克常数的重要性，或是颠覆整个亚原子物理学大厦的根基。埃萨姆表示：“我们并未打破量子力学。”6 A- E: e( W' r4 W2 j! d8 B
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当然，不管如何，这项研究得到的结果仍然非常新颖，它深层的意义目前仍然不甚明确。但其中一项至少是明确的：这项发现将对量子计算和密码学研究产生影响，这两个领域的研究都是基于亚原子粒子的相关性质，而关于这一方面，我们可能需要修正一些原先的观点。( I- x6 ?& J( [( ]
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发表于 2016-6-3 19:19:15
