Российский ученый математически доказал, что «закрученные» частицы сохраняют необычное квантовое состояние и проявляют свойства волны при высоких скоростях, тогда как обычные частицы волновых свойств не обнаруживают. Реализация расчетов в эксперименте может привести к формированию нового научного направления на стыке физики частиц, физики ускорителей и квантовой оптики. Статья опубликована в New Journal of Physics.
Явление корпускулярно-волнового дуализма заключается в том, что элементарные частицы при одних условиях проявляют свойства волны, а при других — свойства частиц. В обычных условиях электрон проявляет волновые свойства только на малых энергиях — как частицу его можно рассматривать лишь на больших. Однако относительно недавно ученые научились «закручивать» электроны и нейтроны, отчего их характеристики сильно меняются. Когда электрон движется в состоянии волны, его заряд равномерно распределен по некоторой области — фронту волны. У «закрученных» элементарных частиц волновой фронт вращается вокруг оси направления их движения.
Поддержанный грантом Президентской программы Российского научного фонда физик из Томского государственного университета Дмитрий Карловец теоретически доказал принципиальную возможность создавать «закрученные» частицы на высоких энергиях с помощью ускорителей. Он описал процессы, происходящие с ними, при помощи компьютерного моделирования и методов математической физики.
«Техническая сложность заключалась в том, что эти частицы сначала нужно “закручивать”, а потом разгонять до высоких энергий. Возникал вопрос, сохраняется ли их необычное квантовое состояние при таком ускорении? Выяснилось, что, если пучок ускорять и фокусировать стандартными методами, которые используются в ускорителях, “закрученное” состояние оказывается устойчивым и частицы не теряют волновых свойств», — рассказал Карловец.
Реализация этих идей в эксперименте позволит создавать пучки «закрученных» частиц с огромной энергией — в сотни и тысячи раз больше, чем сейчас, — причем не только легких электронов, но и тяжелых протонов, ионов и т. д. Это могло бы дать физикам новые инструменты анализа строения адронов, атомов и ионов. Сейчас на ускорителях для экспериментов не создают частицы в определенных квантовых состояниях. Однако эксперименты с «закрученными» частицами на высоких энергиях могут привести к формированию нового научного направления на стыке физики частиц, физики ускорителей и квантовой оптики. Пучки частиц в необычных квантовых состояниях могут дать новые инструменты анализа свойств и структуры вещества и самих частиц.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
