Финальный экспериментальный результат для мюона всё ещё ставит теоретиков в тупик
Возможность управлять светом с помощью света
Существует несколько технологий, более фундаментальных для современной жизни, чем способность управлять светом с высокой точностью. От волоконно-оптической связи до квантовых датчиков — манипулирование фотонами лежит в основе большей части нашей цифровой инфраструктуры. Однако одна возможность оставалась недостижимой: управление светом с помощью света на самом фундаментальном уровне с использованием одиночных фотонов для переключения или модуляции мощных оптических лучей.
Теперь исследователи из Университета Пердью достигли этой долгожданной цели, продемонстрировав то, что они называют «фотонным транзистором», который работает при интенсивностях одиночных фотонов. Их выводы, опубликованные в журнале Nature Nanotechnology, сообщают о нелинейном показателе преломления на несколько порядков выше, чем у известных материалов, что может наконец сделать фотонные вычисления практичными.
Применение однофотонного переключателя
Устройство функционирует как оптический переключатель: одиночный фотон в управляющем луче может модулировать свойства гораздо более мощного пробного луча, эффективно включая или выключая его.
Подход команды из Пердью предлагает три ключевых преимущества по сравнению с альтернативными методами, которые исследовались для однофотонной нелинейности:
1. Он работает при комнатной температуре.
2. Технология совместима с дополнительным металл-оксид-полупроводником, что означает, что её можно интегрировать в существующие процессы производства полупроводников.
3. Он работает на гигагерцовых скоростях и потенциально может достигать сотен гигагерц, что значительно быстрее, чем существующие подходы.
Перспективы
Хотя исследования имеют очевидные применения в квантовых вычислениях, где они могут повысить эффективность генерации одиночных фотонов и ускорить протоколы квантовой телепортации, Сычёв считает, что классические вычислительные приложения могут быть ещё более преобразующими.
Путь от концепции до публикации был непростым. Сычёв работал над идеей около года, когда Чен присоединился к группе три года назад. За четыре года команда провела несколько различных экспериментов, прежде чем достигла успеха.
Последние измерения мюона
Для экспериментальных физиков последнее измерение мюона — это лучшее из времён. Для теоретиков работа ещё предстоит.
Столкнув 300 миллиардов мюонов в течение четырёх лет в Национальной лаборатории ускорителей Ферми в США, группа Muon g-2 Collaboration — группа из более чем 200 исследователей — измерила магнитную силу мюона с беспрецедентной точностью: с точностью до 127 частей на миллиард.
Эти окончательные результаты по магнитному моменту мюона — измеренному по частоте колебания момента во внешнем магнитном поле — являются концом цепочки экспериментальных усилий, насчитывающей 30 лет. Они были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Теоретические предсказания и экспериментальные результаты
Теория Дирака, которая объединяет квантовую механику Шрёдингера со специальной теорией относительности, предсказывает спиновый магнитный момент ровно в один боровский магнетон. Физики классифицируют это, используя безразмерный g-фактор, называемый гиромагнитным отношением; уравнение Дирака предсказывает для него значение 2.
Квантовая теория поля, которая выходит за рамки теории Дирака и учитывает радиационные поправки от очень короткоживущих виртуальных частиц в поле, предсказывает немного большее значение, поэтому величина g-2, которая стала предметом интереса.
Теоретическое и экспериментальное значения согласуются в пределах 127 частей на миллиард; их полосы ошибок перекрываются. Это похоже на взвешивание автомобильного колеса (шины и обода) с точностью до миллиграмма. Это триумф для экспериментаторов. Но некоторые теоретики надеялись на ненужное отклонение, возможно, указывающее на необходимость новой физики, такой как суперсимметрия или другие расширения Стандартной модели (СМ) физики элементарных частиц, такие как аксионы, тёмная материя, дополнительные измерения или другой бозон Хиггса.