Фізики заявили, що світло вперше в історії проявило квантовий ефект

Вчені вперше зафіксували, що світло може поводитися за правилами квантового ефекту Голла — явища, яке понад 40 років вважали притаманним лише електронам. Як повідомляє Pop­u­lar Mechan­ics, відкриття може мати значення як для фундаментальної фізики, так і для надточних вимірювань, адже йдеться про процес, заснований на базових константах Всесвіту.

Квантовий ефект Голла вперше експериментально довів німецький фізик Клаус фон Клітцинг у 1980 році. Він показав, що під дією сильного магнітного поля поперечна напруга зростає не плавно, а на строго визначених рівнях. За це відкриття вчений отримав Нобелівську премію з фізики. Особливість ефекту полягає в тому, що такі «плато» напруги не залежать від матеріалу чи дефектів, а визначаються сталою Планка та зарядом електрона.

Довгий час вважалося, що явище можливе лише для електронів, адже фотони не мають заряду й не реагують на електричні та магнітні поля так, як заряджені частинки. Однак міжнародна група дослідників уперше зафіксувала квантизований дрейф світла. У статті в журналі Phys­i­cal Review X співавтор роботи Філіпп Сен-Жан з Монреальського університету пояснив, що світло може зміщуватися «квантизовано», за універсальними кроками, аналогічними до тих, які спостерігають у електронів під дією сильних магнітних полів.

Практичне значення відкриття підкреслює той факт, що квантовий ефект Голла вже став основою сучасної метрології. У 2018 році Генеральна конференція з мір і ваг офіційно перевизначила кілограм на основі сталої Планка, а квантові плато напруги забезпечили універсальний стандарт електричного опору. Це дозволило всім країнам світу мати однакове визначення маси без фізичного еталона.

Тепер контроль над світлом на такому рівні може відкрити шлях до створення надточних сенсорів і вдосконалення фотонних квантових систем. Дослідники наголошують, що спостереження квантового ефекту Голла для світла розширює межі відомої фізики й відкриває нові перспективи для технологій майбутнього.