O nouă teorie a dezvăluit forma fotonilor

O nouă teorie care explică modul în care lumina și materia interacționează la nivel cuantic le-a permis cercetătorilor să definească, pentru prima dată, forma unui foton.

Cercetările realizate la Universitatea din Birmingham (Anglia), publicate în Physical Review Letters, analizează natura fotonilor (particulele individuale de lumină) într-un mod fără precedent, demonstrând cum sunt emiși de atomi sau molecule și cum sunt modelați de mediul înconjurător.

Natura acestei interacțiuni generează posibilități infinite pentru modul în care lumina poate exista și se poate propaga prin mediu. Această infinitate de posibilități face însă ca interacțiunile să fie extrem de greu de modelat, o provocare la care fizicienii cuantici lucrează de mai multe decenii.

Oamenii de știință au descoperit forma unui foton

Echipa de la Birmingham a reușit să depășească acest obstacol grupând aceste posibilități în seturi distincte, producând astfel un model care descrie nu doar interacțiunile dintre foton și emițător, ci și modul în care energia rezultată din această interacțiune se propagă în câmpul îndepărtat, scrie Eurek Alert.

În același timp, cercetătorii au utilizat calculele lor pentru a dezvălui forma unui foton.

„Calculele noastre ne-au permis să transformăm o problemă aparent imposibil de rezolvat într-una care poate fi calculată. Și, aproape ca un rezultat secundar al modelului, am reușit să producem această imagine a unui foton, ceva ce nu a fost văzut până acum în fizică”, a explicat dr. Benjamin Yuen, autor al studiului.

O multitudine de aplicații practice

Acest studiu este important deoarece deschide noi direcții de cercetare pentru fizica cuantică și pentru știința materialelor. Posibilitatea de a defini cu precizie modul în care un foton interacționează cu materia și cu elementele din mediul său le permite oamenilor de știință să proiecteze noi tehnologii nanofotonice. Acestea ar putea revoluționa comunicarea securizată, detectarea agenților patogeni sau controlul reacțiilor chimice la nivel molecular, de exemplu.

„Geometria și proprietățile optice ale mediului au consecințe profunde asupra modului în care sunt emiși fotonii, inclusiv asupra formei, culorii și chiar a probabilității lor de a exista”, a declarat prof. Angela Demetriadou, coautoare a studiului.

„Acest studiu ne ajută să înțelegem mai bine schimbul de energie dintre lumină și materie și, în al doilea rând, să înțelegem modul în care lumina radiază în mediul apropiat și în cel îndepărtat. Multe dintre aceste informații erau considerate anterior drept ‘zgomot’, însă acum le putem înțelege și le putem utiliza. Prin această înțelegere, punem bazele pentru a proiecta interacțiuni lumină-materie pentru aplicații viitoare, cum ar fi senzori mai buni, celule fotovoltaice…