Tampere Universitetinin tədqiqatçıları və onların Almaniya və Hindistandan olan əməkdaşları eksperimental olaraq tək bir fotonun cütə çevrildiyi zaman bucaq impulsunun qorunduğunu təsdiq etdilər – bu, ilk dəfə olaraq kvant səviyyəsində fizikanın əsas prinsipini təsdiqləyir. Bu sıçrayış hesablama, rabitə və hissetmədə faydalı olan mürəkkəb kvant vəziyyətlərinin yaradılması üçün yeni imkanlar açır.

Qorunma qanunları təbii elmi anlayışımızın ürəyidir, çünki onlar hansı proseslərin icazə verildiyini və ya qadağan edildiyini idarə edir. Sadə bir misal, bilyard toplarının toqquşmasıdır ki, burada hərəkət və bununla da onların xətti impulsları bir topdan digərinə ötürülür. Oxşar qorunma qaydası bucaq momenti olan fırlanan cisimlər üçün də mövcuddur. Maraqlıdır ki, işığın həm də işığın fəza quruluşu ilə əlaqəli olan orbital bucaq impulsu (OAM) ola bilər.

Kvant aləmində bu o deməkdir ki, fotonlar adlanan tək işıq hissəcikləri işıq-maddə qarşılıqlı təsirlərində qorunub saxlanmalı olan yaxşı müəyyən edilmiş OAM kvantlarına malikdir. Physical Review Letters jurnalında son araşdırmada Tampere Universitetinin tədqiqatçıları və onların əməkdaşları bu qorunma qanunlarının sınağını mütləq kvant həddinə çatdırdılar. Onlar tək bir fotonun foton cütlüyünə parçalanması zamanı OAM kvantlarının qorunub saxlanmasının olub olmadığını araşdırırlar.

Bir mənfi bir sıfıra bərabərdir

Konservasiya qaydası diktə edir, məsələn, sıfır OAM olan bir foton iki fotona bölündükdə, hər iki fotonun OAM kvantı sıfıra əlavə edilməlidir. Beləliklə, yeni yaradılan fotonlardan birinin bir OAM kvantına malik olduğu aşkar edilərsə, onun partnyor fotonun əksi, yəni mənfi OAM kvantı olmalıdır. Və ya başqa sözlə, sadə düstur 1 + (-1) = 0 tutmaq lazımdır. Bu qorunma qaydaları lazerlə saysız-hesabsız optik təcrübələrdə sınaqdan keçirilmiş və istifadə edilmiş olsa da, heç vaxt tək bir foton üçün sınaqdan keçirilməmişdir.

“Təcrübələrimiz göstərir ki, proses tək bir foton tərəfindən idarə edildikdə belə, OAM həqiqətən də qorunub saxlanılır . Bu, ən fundamental səviyyədə əsas qorunma qanununu təsdiqləyir və nəticədə prosesin simmetriyasına əsaslanır”, – tədqiqatın aparıcı müəllifi olan doktor Lea Kopf izah edir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1750842259&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-fundamental-laws-quantum.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS4xMjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTIwIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTIwIl0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1750842258100&bpp=12&bdt=215&idt=12&shv=r20250617&mjsv=m202506170101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750842126%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750842126%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1750842126%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0%2C336x280&nras=1&correlator=6326934236739&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2195&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31093091%2C95331833%2C95353386%2C95362436%2C95362656%2C95364338%2C95364386%2C95359266%2C95364337%2C95364390&oid=2&psts=AOrYGskELGygGPxJ9cYcAz-SLuGcKF_cndey8BU8xmismEJx1y1PWcCc3dSUk287HZisIaQsc8aJLH4Byd2cGQ&pvsid=1502818754236412&tmod=1131292947&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=6&uci=a!6&btvi=1&fsb=1&dtd=1329

Laboratoriya ot tayasında fotonik iynənin tapılması

Tələb olunan qeyri-xətti optik proseslər çox səmərəsiz olduğundan komandanın təcrübələri incə ölçmələrə əsaslanır. Yalnız hər milyardıncı foton bir foton cütlüyünə çevrilir, belə ki, tək fotonlar üçün OAM-ın qorunmasının ölçülməsi ot tayasında iynə axtarışına bənzəyir.

Son dərəcə sabit optik quraşdırma, aşağı fon səs-küyü, mümkün olan ən yüksək effektivliyə malik aşkarlama sxemi və çoxlu eksperimental dözümlülük tədqiqatçılara fundamental qorunma qanununu təsdiqləyəcək qədər uğurlu çevrilmələri qeyd etməyə imkan verdi.

OAM konservasiyasını təsdiqləməklə yanaşı, komanda yaradılan foton cütlərində kvant dolaşıqlığının ilk əlamətlərini müşahidə etdi ki, bu da texnikanın daha mürəkkəb fotonik kvant vəziyyətləri yaratmaq üçün genişləndirilə biləcəyini göstərir.

Təcrübənin aparıldığı Eksperimental Kvant Optik qrupuna rəhbərlik edən professor Robert Fikler əlavə edir: “Bu iş təkcə fundamental əhəmiyyət kəsb etmir, həm də bizi fotonların bütün mümkün yollarla, yəni məkanda, zamanda və qütbləşmədə dolaşıq olduğu yeni kvant vəziyyətlərinin yaradılmasına daha da yaxınlaşdırır”.

İrəliyə baxaraq, tədqiqatçılar öz sxemlərinin ümumi səmərəliliyini artırmağı və yaranan kvant vəziyyətini ölçmək üçün daha yaxşı strategiyalar hazırlamağı planlaşdırırlar ki, gələcəkdə bu fotonik iynələri laboratoriya ot tayasında daha asan tapmaq mümkün olsun. Bundan əlavə, tədqiqatçılar yeni fundamental kvant testləri və kvant rabitəsi və şəbəkə sxemləri kimi kvant fotonik tətbiqləri üçün yaradılan çox foton kvant vəziyyətlərindən istifadə etməyi hədəfləyirlər.

Ətraflı məlumat: L. Kopf et al, Conservation of Angular Momentum on a Single-Photon Level, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.203601

Jurnal məlumatı: Fiziki baxış məktubları 

Tampere Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir