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

Lidstvo překročilo sedm z devíti mezí bezpečné planety. Stav se nadále zhoršuje, říká nová zpráva

Němečtí vědci už řadu let sledují devět nejdůležitějších oblastí, které tvoří základ obyvatelnosti Země. Pokud dojde k překročení hranice v jakékoliv oblasti, nevěstí to nic dobrého. Podle aktuální zprávy už došlo k prolomení těchto mezí u sedmi oblastí.
před 17 hhodinami

Na Sumatře zbývají necelé tři tisíce slonů. Ohrožují je lesní požáry

Slony sumaterské, kteří patří mezi kriticky ohrožené druhy, ještě více ohrožují požáry, jež zničily stovky tisíc hektarů jejich přirozeného prostředí na indonéském ostrově Sumatra. Od června do začátku září bylo ve 21 oblastech výskytu slonů sumaterských zaznamenáno více než 4500 ohnisek požárů. Za stejné období v Indonésii shořelo více než 560 tisíc hektarů plochy, uvedla nevládní organizace Geopix, kterou citovala agentura AFP.
před 21 hhodinami

Hlad, nemoci i násilí dozorců, popsali archeologové podmínky v gulagu

Plzeňští archeologové zkoumají bývalý gulag na území současného Kazachstánu. Na deseti kilometrech čtverečních tam ve dvaceti budovách v extrémních podmínkách kazašské stepi žilo a pracovalo dvacet tisíc politických vězňů.
21. 9. 2026

Řeč mohla vzniknout povídáním u ohnišť, představili antropologové hypotézu

Vznik lidské komunikace pomocí slov, vět a příběhů podle nové vědecké úvahy nesouvisí tolik s obstaráváním potravy, ale spíše s podmínkami, které panovaly kolem pravěkých ohnišť.
21. 9. 2026

Země za 47 let přišla o více než 12 bilionů tun ledu z Grónska a Antarktidy, ukazují satelity

Vědci sloučili do jednoho výzkumu satelitní pozorování z evropských a amerických družic. Díky tomu dokázali přesně popsat, o kolik ledu se za posledních pět desítek let zmenšily ledovce kolem pólů.
21. 9. 2026

Společnost Anthropic začala provozovat AI biolaboratoř. Chce dělat vědu bez vědců

Americká společnost Anthropic, která patří mezi hlavní hráče v oblasti umělé inteligence (AI), začala provozovat biologickou laboratoř. Firma tak rozšiřuje své ambice z AI do světa farmaceutického výzkumu. Informovala o tom agentura Reuters s odvoláním na představitele podniku a zdroje obeznámené se situací, sama firma o laboratoři původně sama neinformovala.
21. 9. 2026

Tyranosauři měli v podstatě stejnou tělesnou teplotu jako lidé

Je možná nepředstavitelné, že by člověk mohl mít něco společného s Tyrannosaurem rexem – predátorem, který žil před desítkami milionů let. Přesto mají tyto dva druhy jednu věc společnou – tělesnou teplotu. Uvádějí to vědci na základě výzkumu skloviny tyranosauřích zubů.
21. 9. 2026

Experimentální terapie zachránila v USA život chlapci s pokročilou rakovinou jater

Genetická úprava vlastních imunitních buněk patří mezi nejmodernější lékařské metody. Přes její novost i experimentální status přináší spoustu úspěchů. Teď oznámili další pokrok američtí pediatři.
19. 9. 2026

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.