Jako děravý citron. Vědci poprvé popsali podobu fotonu

Nová teorie, která vysvětluje interakci světla a hmoty na kvantové úrovni, umožnila vědcům poprvé přesně určit tvar jediného fotonu.

Foton je elementární částice, která není složena z jiných částic. Je to kvantum elektromagnetického pole a je považován za základního „nositele“ světla a elektromagnetického záření. Foton je ale v některých ohledech jako duch – nemá hmotnost ani elektrický náboj a pohybuje se ve vakuu rychlostí světla. A přesto má tvar, tvrdí nový výzkum.

Práce fyziků z Birminghamské univerzity, která teď vyšla v odborném časopise Physical Review Letters, zkoumala povahu fotonů. Vědci se pokusili o lepší pochopení jejich chování, zejména toho, jaký vliv na jejich tvar má jejich okolí. Když se mluví o tvaru a dalších vlastnostech, jak je popisuje normální jazyk, je v případě kvantových jevů nutná vždy opatrnost – běžně platná pravidla vesmíru jsou totiž v těchto „sférách“ značně bizarní.

Povaha těchto interakcí vede podle výzkumníků k nekonečným možnostem existence světla a jeho šíření okolním prostředím. Tato neomezená možnost dává světu jeho vzhled: všechno, co kolem sebe vidíme, jsou vlastně jen interakce fotonů s okolím – je to, jako by každou sekundu stovky miliard těchto „duchů“ narážely na každý centimetr čtvereční kolem nás. Ale ona různorodost současně způsobuje, že pro experty je mimořádně obtížné tyto interakce modelovat.

Seskupením těchto možností do samostatných souborů se nicméně birminghamskému týmu podařilo vytvořit model, který popisuje nejen vzájemné působení mezi fotonem a zdrojem světla, ale také to, jak se energie z této interakce šíří dál.

Zároveň se badatelům podařilo pomocí výpočtů vytvořit vizualizaci samotného fotonu.

„Tyto výpočty nám umožnily převést zdánlivě neřešitelný problém na něco, co vypočítat lze. A téměř jako vedlejší produkt modelu jsme byli schopni vytvořit obraz fotonu, což je něco, co ve fyzice dosud nebylo k vidění,“ raduje se hlavní autor studie Benjamin Yuen z Birminghamské univerzity.

Kvantová fyzika mění reálný svět

Práce je podle jejích autorů důležitá, protože otevírá nové cesty výzkumu kvantové fyziky, jež by mohly pomoci hlavně v materiálových vědách. Díky tomu, že jsou výzkumníci schopni přesně popsat, jak foton interaguje s hmotou a s dalšími prvky svého okolí, mohou navrhnout nové nanofotonické technologie, které by mohly například změnit způsob bezpečné komunikace, detekovat patogeny nebo řídit chemické reakce přímo na atomární nebo molekulární úrovni.

Potenciálně to znamená i tak velké projekty, jako je například vylepšení kvantových počítačů.

„Geometrie a optické vlastnosti prostředí mají zásadní dopady na to, jak jsou fotony emitovány, včetně definování jejich tvaru, barvy, a dokonce i toho, jaká je pravděpodobnost jejich existence,“ doplňují autoři nové studie.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Stárnoucímu Česku dojdou mladí lidé, ukazují velká data

Během pouhých deseti let začne odcházet do důchodu silná generace Husákových dětí. Přinese to zásadní demografickou proměnu, která změní celou českou společnost. Nejenže bude méně lidí na to, aby vydělávali na penze stále rostoucí skupině, ale především bude potřeba mnohem více sociální péče pro seniory.
10. 1. 2026Aktualizovánopřed 17 hhodinami

První lidé lovili pomocí jedu už před 60 tisíci lety

Lidé druhu Homo sapiens na jihu Afriky používali už před šedesáti tisíci lety otrávené šípy. Dokázali to švédští vědci na základě nálezu takových zbraní na území dnešní Jihoafrické republiky. O nejstarším nálezu svého druhu informovali v článku, který zveřejnil odborný časopis Science Advances.
před 19 hhodinami

„Sedmé nebe“ je úplně nový druh vesmírného objektu

Galaxie, která selhala, respektive oblak temné hmoty z počátku vesmíru – tak astronomové popisují vzdálený kosmický objekt, který objevili. Dali mu název Cloud-9, což by se dalo do češtiny nejlépe přeložit jako „Sedmé nebe“.
11. 1. 2026

Čeští vědci navrhli řešení klimatické změny. Klíčem je kácení severských lesů

Vědci navrhli prozkoumat možnost ukládání uhlíku pomocí splavování masy vykácených stromů do Severního ledového oceánu z lesů, které rostou v povodí sibiřských veletoků Obu, Jeniseje a Leny a severoamerických řek Yukonu a Mackenzie. V této oblasti se nachází asi sto gigatun uhlíku, který je uložený ve dřevě stromů. Vykácením přibližně jednoho procenta těchto lesů a splavením kmenů do oceánu by bylo možné snížit množství emisí o jednu gigatunu, tedy desetinu emisí vypuštěných lidstvem za rok.
10. 1. 2026

Dvacet pod nulou, nebo jen pět? Předpovědi počasí na příští týden se silně liší

Úspěšnost předpovědí počasí se v posledních letech zásadně zlepšila. I tak se ale vyskytne situace, která představuje i pro nejmodernější předpovědní modely a zkušené meteorology značnou výzvu. Momentálně se týká příštího týdne.
9. 1. 2026

Genetická šifra mistra Leonarda. Vědci možná získali jeho DNA

Mezinárodní vědecký tým našel s pomocí velmi detailních analytických metod stopy DNA na kresbě připisované renesančnímu géniovi Leonardu da Vincimu. Mohly by patřit samotnému mistrovi a univerzálnímu učenci, k identifikaci jeho DNA ale ještě zbývá daleká cesta. O studii informoval časopis Science.
9. 1. 2026

NASA stahuje posádku Crew-11 zpět na Zemi kvůli zdravotnímu stavu astronauta

Americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) se rozhodl pro předčasný návrat čtyřčlenné posádky mise Crew-11 z Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) na Zemi kvůli zdravotnímu problému astronauta. Napsala o tom agentura AP. Člena posádky, který je nyní ve vesmírné laboratoři na oběžné dráze ve stabilizovaném stavu, NASA kvůli ochraně soukromí pacienta nejmenovala a nesdělila podrobnosti o jeho zdravotním problému. Návrat americko-rusko-japonské posádky na Zemi se uskuteční v příštích dnech.
8. 1. 2026Aktualizováno9. 1. 2026

Emise z letecké dopravy lze snížit bez úbytku cestujících, navrhují vědci

Pro výrazný pokles skleníkových plynů z letecké dopravy by stačilo zavést jen několik jednoduchých pravidel, tvrdí švédská studie. Letecká doprava tvoří sice jen asi čtyři procenta celkových emisí skleníkových plynů v Evropské unii, představuje ale jeden z nejrychleji rostoucích zdrojů. Vědci nastiňují tři teoreticky jednoduché změny, kvůli kterým by lidé nemuseli omezovat četnost cestování.
8. 1. 2026
Načítání...