在自我相互作用光中观察到的紧急行为

光粒子 - 光子 - 被迫通过特殊结构的玻璃相互作用，表现出让人联想到“分数量子霍尔效应”的行为，这种现象在用电子证明时获得了1998年诺贝尔物理学奖。宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员现在已经证明，来自极其强大的激光的光运动在穿过玻璃时会变得“部分化”，这一涌现特性增加了我们对复杂环境中出现的物理学的基本理解。

“电子是带电粒子，它们的电荷是自然界的基本常数，”宾夕法尼亚州立大学物理学副教授兼研究小组负责人Mikael Rechtsman说。“在分数量子霍尔效应中，表明电子在某些条件下相互作用的行为类似于具有该电荷一部分的粒子，并且有可能用于更强大的量子计算。我们现在已经证明了一种现象，虽然与电子版本有着根本的不同，但这表明与自身相互作用的光可以发生不同类型的分数化。

与电子不同，光子通常不会相互作用，因为它们没有任何电荷。然而，如果你有一个足够强的激光，并且你把它穿过一种响应该功率的材料，光子的行为就好像它们在相互作用一样，因为材料有效地调解了它们之间的相互作用。换句话说，光子通过影响材料相互影响。研究人员设计了这种材料 - 带有一系列结构复杂的“波导”的专用玻璃，这些“波导”像光纤一样穿过它 - 使得光子聚集在一起形成称为“孤子”的物体。

“通常，来自激光的光从其光源扩散或衍射，但孤子不会衍射，”Rechtsman说。“它们以类似于光速的速度通过玻璃向前传播，保持固定的宽度。

波导是用二维重复单元创建的。首先，每个单独的波导(类似于光纤)以锯齿形和锯齿形的模式在玻璃中摆动，这些图案沿行进光的方向周期性地重复。其次，这些彼此相同的光纤组穿过玻璃重复到激光束的两侧。

在以前使用相对低功率激光的工作中，研究人员表明，当孤子通过玻璃传播时，它们可以以整数的倍数跳过波导的图案。他们可能会向右移动两个单位并向前移动一个单位，这将是两个单位的变化，或者“正两个”。或者，例如，他们可以跳到左边一个单位并向前移动一个单位以更改“负一”，但更改始终是整数。

“现在，通过增加激光的功率，我们看到了一些变化，”Rechtsman说。“因此，孤子可能会移动一个单位，同时向前移动两个单位 - 一个超过两个或一半的变化。有趣的是，尽管电子和光子是完全不同的粒子，我们正在测量的性质也完全不同，但在这两种情况下，当我们迫使粒子越来越强烈地相互作用时，我们会看到分数化。不幸的是，知道这一点不会自动使光纤电缆变得更好，但是在光中看到这种涌现特性，让人想起电子中的涌现特性，有助于我们更好地理解复杂物理环境中的新涌现现象。

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