Дослідники розробили нову квантову теорію, яка вперше визначає точну форму фотона, показуючи його взаємодію з атомами та навколишнім середовищем. Цей прорив дозволяє візуалізувати фотони та може революціонізувати нанофотонні технології, покращуючи безпечний зв’язок, виявлення патогенів і молекулярний контроль у хімічних реакціях.
Новаторська квантова теорія вперше дозволила дослідникам визначити точну форму одного фотона.
Вчені з Бірмінгемського університету, чия робота представлена в Physical Review Letters, заглибились у складну поведінку фотонів — окремих частинок світла. Їхні дослідження показують, як фотони випромінюються атомами або молекулами та як на їх форму впливає навколишнє середовище.
Квантові виклики та прориви
Ця складна взаємодія створює нескінченні можливості для світла існувати та рухатися крізь його оточення. Однак цей величезний потенціал робить моделювання цих взаємодій неймовірно складним завданням, яке квантові фізики вирішували десятиліттями. Згрупувавши ці можливості в окремі набори, бірмінгемська команда змогла створити модель, яка описує не тільки взаємодію між фотоном і випромінювачем, але й те, як енергія від цієї взаємодії переміщується в далеке «далеке поле».
Візуалізація фотонів
Одночасно вони змогли використати свої розрахунки для створення візуалізації самого фотона.
Перший автор, доктор Бенджамін Юен зі Школи фізики університету, пояснив: «Наші розрахунки дозволили нам перетворити, здавалося б, нерозв’язну проблему на щось, що можна обчислити. І майже як побічний продукт моделі ми змогли створити це зображення фотона, чого раніше не було у фізиці».
Наслідки для квантової фізики та технологій
Робота важлива, оскільки відкриває нові шляхи дослідження для квантової фізики та матеріалознавства. Маючи можливість точно визначити, як фотон взаємодіє з речовиною та іншими елементами свого середовища, вчені можуть розробити нові нанофотонні технології, які можуть змінити спосіб безпечного спілкування, виявлення патогенів або керування хімічними реакціями на молекулярному рівні, наприклад.
Співавтор, професор Анджела Деметріаду, також з Бірмінгемського університету, сказала: «Геометрія та оптичні властивості навколишнього середовища мають глибокі наслідки для того, як випромінюються фотони, включаючи визначення форми, кольору фотона та навіть його ймовірності. існує».
Доктор Бенджамін Юен додав: «Ця робота допомагає нам покращити наше розуміння енергетичного обміну між світлом і речовиною, а по-друге, краще зрозуміти, як світло випромінює ближнє та далеке оточення. Раніше багато цієї інформації вважалося просто «шумом», але в ній так багато інформації, яку тепер ми можемо зрозуміти та використати. Розуміючи це, ми закладаємо основи для розробки взаємодії світла та матерії для майбутніх застосувань, таких як кращі датчики, покращені фотоелектричні елементи або квантові обчислення».