当意大利物理学家埃托里-马约拉纳（Ettore Majorana）在近一个世纪前提出电子可以被分成两半时，这个革命性的想法在很大程度上没有得到重视。现在，它已成为物理学的一块基石。有着与马约拉纳相同的好奇心，达特茅斯大学维奥拉研究小组的研究人员正在预测分裂的光子也可能存在。


詹姆斯-弗兰克家族物理学教授洛伦扎-维奥拉说："这是对我们如何理解光的一个重大范式的改变，而这种方式被认为是不可能的。"我们不仅发现了一个新的物理实体，而且是一个没有人相信会存在的实体。"



分裂光子的理论发现--被称为"马约拉纳玻色子"--推动了对光及其行为方式的基本理解。描述这一发现的研究本月发表在《物理评论快报》上。



左起：文森特-弗林，瓜里尼22岁，维奥拉研究小组，和洛伦扎-维奥拉，詹姆斯-弗兰克家族物理学教授。


类似于液态水在特定条件下可以变成冰或水蒸气，该研究表明，光也可以存在于不同的阶段--光子以两个不同的半身出现。


"水就是水，不管它是液体还是固体形式。它只是在物理条件下表现不同，"维奥拉说。"这就是我们需要接近我们对类光物质的理解，它可以存在于不同的阶段。我们已经分裂了以前被认为是不可分裂的东西，我们将永远不会以同样的方式看待光。"


与其说光子的两半是可以被物理拉开的碎片，不如说它们类似于硬币的两面。这两个不同的部分组成了一个整体，但它们可以被描述并作为独立的单位发挥作用。


该理论由物理学和天文学客座助理教授埃米利奥-科巴内拉(Emilio Cobanera)共同撰写，是在怀尔德厅(Wilder Hall)发展起来的，该厅是20世纪初具有里程碑意义的研究测量光的辐射压力的实验室所在建筑。


新理论依赖于充满光量子包的能量泄漏腔，并预测粒子的一半出现在这样一个合成平台的边缘。科学家仍然需要一个实验室实验来证实光子可以以这种以前无法想象的分裂形式存在。与为检测著名的希格斯玻色子而建造的大规模结构不同，检测光子两半的试验可以在桌面上使用现有或近期的技术完成。


根据研究小组的说法，这项研究为揭开物质和光的新的、奇异的阶段指明了方向。很难预测这些发现如何应用，但马约拉纳玻色子可以支持量子计算、光学传感器和光放大器。


"维奥拉说："为了做出这一发现，我们必须挑战长期以来的信念，并真正跳出盒子思考问题。我们已经分裂了以前被认为是不可分裂的东西，我们将永远不会以同样的方式看待光。"