Излезе нов интересен документ, който описва формата на един фотон - най-малката възможна форма на енергия в електромагнитното поле, което обикновено познаваме като светлина.

Работата, публикувана като изследване в списание Physical Review Letters, навлиза в изключителни подробности, за да предскаже как тези кванти светлина се излъчват от атомите и се определят от околната среда. Съществуват неограничени възможности за това как биха могли да се развият тези взаимодействия, но изследователите твърдят, че са разработили практически метод за тяхното прогнозиране.

„Нашите изчисления ни позволиха да превърнем привидно неразрешим проблем в нещо, което може да бъде изчислено“, казва в изявление водещият автор на изследването Бенджамин Юен, физик от Университета в Бирмингам, Великобритания. „И, почти като страничен продукт на модела, успяхме да създадем това изображение на фотон - нещо, което не е виждано досега във физиката.“

Определянето на конкретна форма на фотон е трудна задача, тъй като тези елементарни частици без маса проявяват двойственост между вълна и частица - любопитна черта на обектите, обитаващи квантовата сфера, която се управлява от призрачни несигурности.

Това означава, че учените смятат, че фотоните се държат едновременно като частици и вълни, в зависимост от начина, по който се наблюдават. Освен това фотоните се разбират и като възбуждания в електромагнитно поле или като вълна от дискретна енергия.

Накратко, те са много трудни за определяне, а за допълнително усложняване на ситуацията допринася фактът, че съществуват безкрайно много начини, по които светлината може да взаимодейства със заобикалящата я среда и с атомите, които я излъчват. Изследователите обаче казват, че са успели да заобиколят това, като са намалили тези възможности до дискретни множества с помощта на някои класически механики - или като са ги разделили на „псевдомодели“ - като по този начин са рационализирали начина, по който мислят за взаимодействията на фотоните.

Според изследователите предимството на моделирането на фотона по този начин е, че може точно да се опише как малките частици се придвижват в далечна област на електромагнитното поле, заобикалящо обекта, известна като далечно поле. Предишните методи имаха прекъсване на връзката между близкото и далечното поле, което осигуряваше непълна картина на системите от светлина на квантово ниво.

„Тази работа ни помага да подобрим разбирането си за енергийния обмен между светлината и материята, и второ, да разберем по-добре как светлината се излъчва в близката и далечната си околност“, казва Юен. „Голяма част от тази информация досега се смяташе просто за „шум“ - но в нея има толкова много информация, която сега можем да осмислим и да използваме.“

Това ново разбиране има много практически последици. За квантовите физици и учените в областта на материалознанието то може да промени развитието на нанооптичните технологии, което да доведе до подобрени фотоволтаични енергийни клетки или квантови компютри а също и до напредък в комуникационните технологии.

Снимка: Unsplash

Виж още: Създадоха батерия за е-кола, която може да се зареди до 80 процента за само 15 минути