Доказано, что фотоны подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна

 


Бозонами называют частицы с целым значением спина, а фермионам, соответственно, остаются полуцелые значения. Бозоны подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна, которая допускает существование произвольного числа одинаковых частиц в одном и том же квантовом состоянии; следствием этого становится возможность образования бозе-эйнштейновского конденсата. Фермионы, в свою очередь, подчиняются статистике Ферми — Дирака и принципу Паули, согласно которому тождественные частицы не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии.

Эта стройная картина подтверждается расчётами в рамках квантовой теории поля, но некоторых физиков смущает то, что она основывается на предположениях, которые, к примеру, могут и не выполняться в теории струн.

Авторы постарались выполнить как можно более точную экспериментальную проверку указанных выше утверждений, сводящихся к известной теореме о связи спина и статистики. «Мы, конечно же, понимали, что шансов опровергнуть теорию у нас немного, — говорит один из участников исследования Дмитрий Будкер. — Но если бы это удалось, открытие было бы революционным».

Учёные рассматривали двухфотонный переход 6s2 1S0 → 5d6d 3D1 в барии, связанный с изменением полного углового момента атома с нуля на единицу. Эксперимент был построен на том, что пары фотонов с одинаковыми частотами, если они действительно являются бозонами, не должны инициировать этот переход.

На пучок атомов бария в оптическом резонаторе направлялось излучение лазеров, параметры которых были подобраны так, чтобы суммарная энергия пар фотонов соответствовала двухфотонному возбуждению. Состояние атомов контролировалось путём регистрации фотонов, испускаемых при последующем переходе 5d6d 3D1 → 6s6p 3P.

Как и ожидали физики, при условии равенства частот излучения стимулировать двухфотонный переход не удавалось. Все проведённые ранее эксперименты такого рода давали намного (на три порядка) менее точные результаты; по словам г-на Будкера, скоро погрешность измерений можно будет снизить ещё в 100–1 000 раз.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

Источник: Компьюлента