Точная форма одиночного фотона

Исследователи из Бирмингемского университета разработали новую теорию, которая позволяет определить точную форму одиночного фотона. В работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, ученые подробно изучили, как фотоны — отдельные частицы света — испускаются атомами или молекулами и как их форма определяется окружающей средой.

Ранее сложность взаимодействий света с материей затрудняла их моделирование. Однако команда из Бирмингема смогла сгруппировать эти взаимодействия в отдельные наборы, что позволило создать модель, описывающую не только взаимодействия между фотоном и источником, но и то, как энергия от этого взаимодействия распространяется в дальнем поле. В результате они смогли визуализировать сам фотон, что ранее не удавалось в физике.

Это открытие открывает новые возможности для исследований в области квантовой физики и материаловедения. Понимание точного взаимодействия фотонов с материей и окружающей средой позволит ученым разрабатывать новые нанофотонные технологии, которые могут изменить способы безопасной коммуникации, обнаружения патогенов или управления химическими реакциями на молекулярном уровне.

Доктор Бенджамин Юэн из Школы физики и астрономии Бирмингемского университета отметил: «Наши расчеты позволили преобразовать, казалось бы, неразрешимую проблему в нечто, что можно вычислить. И, почти как побочный продукт модели, мы смогли создать это изображение фотона, чего ранее не было в физике».

Профессор Ангела Деметриаду добавила: «Геометрия и оптические свойства окружающей среды оказывают глубокое влияние на то, как испускаются фотоны, включая определение их формы, цвета и даже вероятности их существования».

Понимание этих взаимодействий закладывает основу для инженерии взаимодействий света и материи для будущих приложений, таких как улучшенные сенсоры, усовершенствованные фотоэлектрические элементы или квантовые вычисления.