光是照亮我们世界的无所不在的实体，长期以来一直是科学家们着迷的课题。从驱散黑暗到实现电信和揭示看不见的事物，光在我们的生活中扮演着至关重要的角色。现在，研究人员对光的基本粒子光子有了突破性的发现，这可能有助于寻找聚变能。

在最近的一项研究中，普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家进行了一系列数学计算，以探索光子的基本特性。他们发现，这些特性之一，即极化，本质上是拓扑的。这意味着，即使光子穿过各种材料和环境，光子周围的电场方向也不会改变。

极化：光子行为的关键

偏振决定了光子周围电场的方向，对粒子的行为有重大影响。根据基本物理定律，光子的偏振会影响其传播方向并限制其运动。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给定空间的每个部分。

彭博物理实验室首席研究物理学家、《物理评论D》上发表的论文的合著者洪琴强调了这些发现的重要性。他说：“更准确地了解光子的基本性质可以帮助科学家设计出更好的光束来加热和测量等离子体。”

解决聚变能的复杂性

虽然研究人员专注于单个光子，但他们的最终目标是解决更大、更复杂的问题：利用强光束在等离子体中产生持久的扰动，这有助于维持聚变所需的高温。

这些扰动被称为拓扑波，通常发生在两个不同区域的边界，例如托卡马克中的等离子体和真空。通过深入了解光，特别是微波炉中使用的射频波，科学家希望控制和创造等离子体中的这些波。

“我们正在尝试寻找类似的波用于聚变，”秦解释说。“它们不容易被阻止，所以如果我们能在等离子体中创造它们，我们就能提高等离子体加热的效率，并帮助创造聚变的条件。”

研究人员还发现，与有质量的物体不同，光子的旋转运动不能分为内部和外部成分。这一发现挑战了许多实验者的假设，并强调需要对光的行为进行更好的理论解释。

普林斯顿大学等离子体物理项目研究生、论文第一作者埃里克·帕尔默杜卡强调了这些结果的重要性。“这些发现意味着我们需要一个更好的理论来解释实验中发生的事情，”他说。

随着科学家不断揭开光子的奥秘，他们新获得的知识使他们距离利用聚变能更近了一步。PPPL的研究人员对光束及其产生有益拓扑波的潜力有了更清晰的了解，正在为更环保、更可持续的未来铺平道路。

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