До останнього часу вчені вважали, що електрон як елементарна частинка, не може бути розколота на менші частинки. Проте, в деяких матеріалах при певних умовах виникає явище так званого фракціонування електрона, коли електрон розколюється на менші частини, кожна з яких переносить частину електричного заряду цілого електрона. І хоча у цього явища фракціонування є кілька перспективних областей використання, його природа не до кінця зрозуміла сучасній науці.

Група фізиків з Вищої нормальної школи (Ecole Normale Superieure), Париж, і Лабораторії фотоніки та нанотехнологій (Laboratory for Photonics and Nanostructures) в Маркусі, за допомогою установки, що використовується для вивчення фотонів світла, провела ряд експериментів з вивчення явища фракціонування електронів. Застосовані ними методи дозволили спостерігати за процесом фракціонування єдиного електрона, що відбуваються в пікосекундному масштабі часу.

"Ми опинилися в стані візуалізувати процес розколу хвильового пакету електрона на два окремих пакета, кожен з яких переносив половину електричного заряду оригінального електрона" - розповідає Гвендал Фев, провідний дослідник, - "Ми намагалися вивчити явища фракціонування електронів протягом вже п'яти минулих років, і ось тільки зараз нам вдалося сфотографувати цей процес із таким тимчасовим розширенням, яке дозволило його візуалізувати ".

Технологія, яку використовували вчені, називається експериментом Хонга-У-Мандела (Hong-Ou-Mandel), який зазвичай використовується для вимірювання ступеня подібності фотонів. Але в даному випадку інтерферометр вимірював імпульси, викликані рухом електричного заряду електрона. Крім інтерферометра в цьому експерименті був використаний спеціалізований випромінювач одиничних електронів, розроблений французькими вченими крім маси інших наукових інструментів.



Дослідження руху єдиного електрона вироблялися на зовнішньому одновимірному електричному провіднику інтерферометра. А коли електрон розділився на дві частини, вчені мали можливість спостерігати взаємодію між цими частинами по імпульсам від їх електричних зарядів.

Коли цілий електрон рухається по умовно одномірному провіднику, кулонівські сили призводять до формування двох різнополярних областей збудження на різних сторонах провідника. Ці області, свого роду електрично заряджені квазічастинки, переміщаються з різними швидкостями, що робить можливою їх роздільну реєстрацію. Крім цього, виникаючі при цьому кулонівські сили розривають електрон на дві частини, несучі практично рівний електричний заряд.

Експериментальні дані показали, що коли електрон розділяється на дві частини, то цей стан не може бути описано, як стан однієї цілої частинки, а скоріше, як груповий стан, що складається з станів кількох областей збудження. Саме тому процес фракціонування руйнує оригінальний електрон, як частку, перетворюючи її в декілька роздільних декогерентностей, тобто маючих різні фази, хвильових пакетів.

Слід зазначити, що розуміння природи явища фракціонування електронів поки ще має значення для вчених, які досліджують кордони фундаментальної фізики і намагаються вибратися за ці межі. Але в майбутньому, коли електроніка будуватиметься на одновимірних електричних провідниках, за якими курсуватимуть струми з окремих електронів, явище фракціонування, що руйнує окремі електрони, треба буде придушувати будь-якими доступними способами. А придушувати якесь явище можна буде тільки при умові повного розуміння його природи, тому французькі вчені збираються продовжити свої експерименти за допомогою наявного у них інтерферометра Хонга-У-Мандела, який буде постійно вдосконалюватися.