Per definition kan elementarpartiklar inte delas upp i mindre delar.
Men i en ny teoretisk studie som publicerats i Physical Review Letters har Johannes Skaar och hans kollegor visat vad som skulle hända om man ändå försökte göra det med en enskild foton. Svaret är högst märkligt: ett försök att dela en foton i två delar skulle inte ge upphov till två mindre fotoner, utan istället frammana ett oändligt antal av dem ur tomma intet.
Omöjligt att dela på mitten
Precis som alla kvantpartiklar existerar en foton samtidigt som en enskild, lokaliserad partikel och som en utsträckt våg, utspridd över rymden. För sin undersökning övervägde Skaars team vad som skulle hända om en enskild foton passerade genom en optisk slutare – i princip en mycket snabb spegel som kan slås på och av för att blockera en del av en ljuspuls. Om slutaren var tillräckligt snabb kunde den fånga fotonen mitt i pulsen och skära bort en del av denna utsträckta våg.
För att ta reda på vad som skulle hända därefter tillämpade forskarna kvantekvationer som beskriver hur fotonens underliggande elektromagnetiska fält beter sig på kvantnivå. Mer specifikt spårade deras analys exakt hur fotonens kvanttillstånd skulle omvandlas av slutarens ingripande.
Oändlig superposition
I stället för att skapa en foton på ena sidan och ett vakuum på den andra, genererar slutaren något mycket märkligare och mer komplext: en superposition av tillstånd som innehåller oändligt många fotoner samtidigt.
Detta händer eftersom tomt utrymme i kvantmekaniken inte är riktigt tomt – i verkligheten sjuder det av fluktuationer i det elektromagnetiska fältet. Genom att snabbt växla slutaren fann teamet att dessa fluktuationer störs – och att de därmed spontant skapar nya fotoner. Avgörande är dock att om man endast betraktar området omedelbart på vardera sidan om där slutaren var i drift, skulle tillståndet framstå som bedrägligt normalt: omöjligt att skilja från en enda foton på ena sidan och ett enkelt vakuum på den andra.
Djupare kvantundersökningar
Resultatet ger en slående illustration av hur kvantpartiklar beter sig annorlunda än vardagliga föremål, och väcker djupare frågor om hur kvantsystem mäts och hur information lokaliseras i rymden. I sin framtida forskning planerar Skaar och hans kollegor nu att gå vidare – och undersöka om samma bisarra fysik skulle gälla när mer än en foton är inblandad, eller när analysen utvidgas till andra elementarpartiklar, såsom elektroner.
Publiceringsuppgifter
Isak Cecil Onsager Rukan et al, Truncated photon, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/94pm-hp34. På arXiv: arxiv.org/abs/2510.21636
