Przełom kwantowy zaobserwowany, gdy naukowcy po raz pierwszy definiują kształt fotonu

Badanie przeprowadzone na Uniwersytecie w Birmingham pozwoliło zidentyfikować dokładny kształt pojedynczego fotonu, zmieniając sposób rozumienia interakcji między światłem i materią na poziomie kwantowym. Badanie szczegółowo opisane w „Physical Review Letters” pokazuje, w jaki sposób fotony, czyli cząstki światła, są emitowane i pod wpływem otoczenia, co stwarza możliwości znaczącego postępu technologicznego.

To osiągnięcie wynika z rozwiązania długotrwałego wyzwania fizyki kwantowej: niemal nieskończonych sposobów, w jakie fotony mogą rozprzestrzeniać się w swoim środowisku. Naukowcy pogrupowali te scenariusze w łatwe do zarządzania zestawy, tworząc model opisujący nie tylko interakcję fotonów ze swoimi emiterami, ale także sposób, w jaki energia wypromieniowuje w polu dalekim. Odkrycia obejmowały także pierwszą w historii wizualizację fotonu uzyskaną w drodze skomplikowanych obliczeń.

Złożone problemy możliwe do rozwiązania

Dr Benjamin Yuen, fizyk z Uniwersytetu w Birmingham i główny autor książki badaniewyjaśnił, że zespół przekształcił problem niemożliwy do pokonania w strukturę rozwiązywalną obliczeniowo. W rezultacie udało im się przedstawić kształt fotonu – znaczący kamień milowy w fizyce kwantowej.

Emisja fotonów kształtowana przez środowisko

badanie, opublikowany w Physical Review Letters ujawnia również kluczową rolę czynników środowiskowych, w tym geometrii i właściwości optycznych, w definiowaniu właściwości fotonu. Według profesor Angeli Demetriadou, współautorki badania, wpływy te obejmują kolor, kształt i prawdopodobieństwo emisji fotonu. Dane, wcześniej odrzucane jako szum tła, obecnie stanowią cenne źródło informacji.

Postęp w zastosowaniach światła i materii

Oczekuje się, że to odkrycie przyspieszy projektowanie technologii nanofotonicznych. Dr Yuen podkreśliła jego potencjał w zakresie opracowania ulepszonych czujników, ogniw słonecznych i systemów obliczeń kwantowych. Bardziej szczegółowe zrozumienie interakcji światło-materia może również doprowadzić do przełomu w bezpiecznej komunikacji i procesach chemicznych na poziomie molekularnym.

Dzięki wizualizacji fotonu po raz pierwszy badanie stworzyło podstawę dla przyszłych eksploracji, stanowiąc znaczący krok naprzód w zrozumieniu świata kwantowego.