光子は物理学で「禁じられた粒子」だった可能性がある

アメリカのスタンフォード大学が運営するSLAC国立加速器研究所(SLAC)で行われた研究によって、「光子の状態が2通りしかない」という従来の常識を覆し、実は無数に存在することを証明する方法が開発されました。

研究では、もし光子の自転（スピン）状態が無数にあるとしたら、現代の物理学の基礎となる標準模型では禁じられた「光のあり得ない動き」がみられるとの理論が示されています。

これまで光子は「右か左にしか回転しない、偏光が二択」という“常識”のもとで研究されてきましたが、無数の回転モードを持つとわかれば、光の振る舞いを支える根本的な法則そのものを見直し、より上位の理論へ拡張する必要が出てくるでしょう。

そして電磁気力や量子情報の基盤となる理論、さらには重力を扱う理論まで、すべてがある意味で「近似にすぎなかった」という事実を突きつけられる可能性もあります。

新たに解き放たれる無限の偏光状態は、通信や計測の技術革新をも促し、これまで想像もしなかった光の応用を切り拓く可能性を秘めています。

研究者たちは、そんな新理論を実証するためにどんな方法を思いついたのでしょうか？

結論から言えば、それは「たった1個の水素原子」を観察する非常にスマートな方法でした。

研究内容の詳細は2025年5月6日に『arXiv』にて発表されました。

『光の二択』神話崩壊へ──連続スピン理論が迫る新たな常識

光の小さな粒である「光子」は、進む方向に対して左右のどちらか向きにクルクルと回っているだけ、というのが今までの定説でした。

スピンは北極と南極を持つ小さなバー磁石のようなものと例えられ、光子の場合その向き（ヘリシティ）は進行方向に対して左右の2通りしか取れない——これが現在知られている光子の状態です。