光，无论从字面上如故从形象上来说，齐充斥着咱们的寰球。它能排斥晦暗，传递跨越大陆的电信信号，揭示从远方星系到渺小细菌等看不见的事物。光还不错匡助加热被称为托卡马克的环形安装内的等离子体，科学家们正尽力支配核聚变经过来分娩绿色电力。新的研究标明，光子的偏振在不同环境中保握不变，这有可能变嫌等离子体加热要领，促进核聚变动力的发展。
最近，普林斯顿等离子体物理执行室的研究东谈主员发现，光子的基本特质之一--极化是拓扑性的，这意味着即使光子在多样材料和环境中调治，它也保握不变。这些发现发表在《物理褒贬 D》上，可能会带来更灵验的等离子体加热技艺和核聚变研究的朝上。
偏振是电场在光子周围迁徙时的宗旨--向左或向右。凭证基本物理定律，光子的偏振决定了它的传播宗旨，并抵制了它的传播旅途。因此，仅由具有单一偏振类型的光子组成的光束无法传播到特定空间的每一部分。
这项研究的共同作家、好意思国动力部（DOE）PPPL首席研究物理学家Hong Qin说："对光子的基人道质有了更准确的了解，科学家们就能蓄意出更好的光束，用于加热和测量等离子体。"
光子（组成光的粒子）扰动等离子体的艺术家见识图。尊府开头：Kyle Palmer / PPPL 通信部
简化复杂问题
对光子的研究是惩处一个更大、更难的问题的技能--怎么支配强光束引发等离子体中的握久扰动，从而匡助保管核聚变所需的高温。
这些扰动被称为拓扑波，每每发生在两个不同区域的界限，比如等离子体和托卡马克外缘的真空。它们并不相等奇特--它们天然出当今地球大气中，匡助产生厄尔尼诺快意，这是太平洋中暖水的勾通，会影响北好意思和南好意思的天气。要在等离子体中产生这些波，科学家必须对光有更深切的了解--具体来说，即是微波炉中使用的那种射频波--物理学家还是用它来加热等离子体。
Qin说："咱们正试图为核聚变寻找访佛的波。它们装潢易被装潢，因此如若咱们能在等离子体中产生它们，就能培植级离子体加热的成果，匡助创造核聚变的要求。这项技艺访佛于敲钟。就像用锤子敲钟会使金属迁徙从而产生声息相似，科学家们但愿用光敲击等离子体，使它以某种情势舞动，从而产生握续的热量。"
揭示光子分解的本色
除了发现光子的偏振是拓扑性的，科学家们还发现光子的旋转分解无法分为里面和外部两个部分。联思到地球：它既自转产生日夜，又绕太阳出手产生四季。这两种分解每每互不影响，举例，地球绕地轴的自转并不取决于它绕太阳的公转。事实上，悉数有质地的物体的动掸分解齐不错这么分开。
但是，关于像光子这么莫得质地的粒子来说，这种情况是否属实还不了了。论文第一作家、普林斯顿大学等离子体物理学技俩研究生埃里克-帕尔默杜卡（Eric Palmerduca）说："大大齐执行东谈主员齐觉得，光的角动量不错分红自旋角动量和轨谈角动量。但是，表面家们一直在争论进行这种拆分的正确要领，大概是否有可能进行这种拆分。咱们的责任有助于惩处这一争论，标明光子的角动量无法被拆分红自旋和轨谈因素。"
此外，Palmerduca 和 Qin 还细则，由于光子的拓扑特质、不变特质（如偏振），这两个分解重量无法拆分。这一新奇发现对执行室产生了影响。帕尔默杜卡说："这些收尾意味着，咱们需要更好的表面来解释执行中发生的事情。"
这些发现提供了对光的行径的视力，进一步鼓吹了研究东谈主员为核聚变研究创造拓扑波的谋略。
对表面物理学的启示
帕尔默杜卡指出，光子的发现发挥注解了 PPPL 在表面物理学方面的上风。这些发现与一个被称为毛球定理的数学收尾干系。"该定理指出，如若你有一个布满毛发的球，你不能能把悉数的毛发齐梳平，物理学家觉得这意味着不能能有一个光源同期向悉数宗旨发送光子，"帕尔默杜卡说。但是，他和秦发现这是不正确的，因为该定理在数学上莫得推敲到光子电场不错旋转。
帕尔默杜卡称尤金-维格纳是 20 世纪最伏击的表面物理学家之一。维格纳意志到，支配从阿尔伯特-爱因斯坦相对论中得出的道理，他不错描摹天地中悉数可能的基本粒子，以致是那些尚未被发现的粒子。但是，天然他的分类系统对有质地的粒子是准确的，但对无质地的粒子（如光子）却产生了不准确的收尾。"Qin和我发挥注解，支配拓扑学，咱们不错修改维格纳对无质地微粒的分类，给出一个同期适用于悉数宗旨的光子描摹。"
以前宗旨
在以前的研究中，Qin和帕尔默杜卡谋略探索怎么创造故意的拓扑波来加热等离子体，而不制造有害的品种来抽走热量："一些有害的拓扑波可能会在意外中被引发，咱们但愿了解它们，以便将它们从系统中移除。从这个道理上说，拓扑波就像新品种的虫豸，有些对花圃故意，有些则是害虫。"
同期，他们对现时的发现感到兴隆。"咱们对有助于引发拓扑波的光子有了更表露的表面分解，"Qin说。"当今是时代确立一些东西了，这么咱们就不错支配它们来寻求聚变能。"
编译自/scitechdaily
