你打台球时有没有过这种好奇——为什么白球撞红球,红球会沿着精准的方向滚出去?答案藏在“动量守恒”里:白球的动量会“转移”给红球,总和永远不变。这是宏观世界的“铁律”顺阳网,连牛顿都得点头。
但如果把“球”换成单个光子呢?最近,芬兰坦佩雷大学联合德国、印度的科学家,干了件“颠覆认知”的事:他们把单个光子“劈”成了两半,居然在量子世界里,第一次验证了这条“铁律”——而且结果比台球更“硬核”!
光的“旋转密码”:原来光子也有“陀螺属性”
要理解这事,得先搞懂光的一个“隐藏属性”:轨道角动量(OAM)。
你可以把它想象成光的“旋转方式”——有的光像拧麻花一样“螺旋前进”,有的则是“直挺挺”的(OAM为0)。就像陀螺:有的陀螺转得快,有的转得慢,但“旋转量”是固定的。
根据守恒定律,如果一个“不旋转”(OAM=0)的光子被“劈”成两个顺阳网,那两个光子的OAM必须正负抵消——比如一个转+1圈,另一个就得转-1圈,加起来还是0。就像你往左推我一把,我往右推你一把,合力刚好抵消。
十亿次实验才成功:量子世界的“大海捞针”
但验证这个规律,难到“离谱”。
因为单个光子太“小”了——你根本看不到它,更别说“劈”它。科学家得用超稳定的光学设备:连实验室的温度波动都得控制在0.1℃以内,光的路径不能有一丝偏差,否则光子就“跑丢了”。
更夸张的是:每十亿个光子里,才有一个能成功分裂!团队里的博士LeaKopf说:“我们熬了无数个夜晚,盯着探测器的屏幕——有时候连续一周都没信号,直到某一天,屏幕突然跳出来两个‘对称’的OAM值,所有人都跳起来了!”
不止验证规律:量子技术的“钥匙”找到了顺阳网
这次实验的意义,远不止“证明规律”:
他们还在分裂的光子里,看到了量子纠缠的迹象——两个光子像“双胞胎”一样,无论离多远,一个的状态变了,另一个立刻跟着变。这意味着,未来我们能造出更复杂的“量子态”:比如用来做绝对安全的量子通信(再也不怕黑客破解),或者超高速的量子计算机(比现在的电脑快上亿倍)。
量子世界的“铁律”,其实离我们不远
你可能会问:“这和我有啥关系?”
其实,量子技术已经在悄悄改变生活:比如你的手机芯片,就用到了量子隧穿效应;未来的量子互联网,能让你在地球另一端传资料,比光速还“稳”。而这次的实验,相当于给量子技术“打了个地基”——毕竟,只有先搞懂“规律”,才能造“工具”。
现在问题来了:如果量子技术普及,你最想用到什么?
是“瞬间传文件”的量子通信,还是“能预测天气”的量子计算机?
评论区聊聊你的脑洞,咱们一起等量子时代的到来~
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