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

Do vesmíru zamířil teleskop, který má pomoci vytvořit jeho „atlas“

Americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) do kosmu vyslal teleskop Nancy Grace Romanové, který má napomoci odhalit některé z největších záhad kosmu. Observatoř, pojmenovanou po americké astronomce, vynesl ve 13:26 SELČ z raketodromu Kennedyho vesmírného střediska na Floridě nosič Falcon Heavy soukromé firmy SpaceX. Od zařízení se očekává, že pomůže vytvořit nový „Atlas vesmíru“, poznamenala agentura AFP.
před 7 hhodinami

Jak se dožít 110 let? Japonští vědci vidí klíč v imunitním systému

Japonsko patří mezi země s nejvyšší průměrnou délkou života a také je šampionem v počtu takzvaných superstoletých, tedy lidí, kteří se dožili nejméně 110 let. Zatímco v celých dějinách Česka i Československa se takového věku dožilo prokazatelně jen dvanáct osob, v Japonsku jich nyní žije přibližně 150. Právě tuto skupinu teď tamní vědci detailně prozkoumali, aby zjistili, jak si takovou délku života zasloužili.
před 12 hhodinami

Invazní čalounici našli na Šumavě. O samotářce se toho ví jen málo

Při výzkumu na Šumavě narazili vědci z Jihočeské univerzity na invazní asijskou včelu čalounici jerlínovou. Objev je výjimečný tím, že se poprvé objevila tak vysoko v podhůří.
před 13 hhodinami

Smrt českého krále i další turecká expanze. Bitva u Moháče zásadně ovlivnila dějiny

Na konci srpna 1526 se nedaleko dolnouherského města Moháč odehrála bitva, jejíž výsledek na dlouhá staletí ovlivnil dějiny střední Evropy. Síly osmanského sultána Sulejmana I. Nádherného totiž drtivě porazily oddíly česko-uherského krále Ludvíka Jagellonského, což Turkům mimo jiné otevřelo cestu k ohrožování středoevropského prostoru. Krátce po bitvě navíc zemřel král Ludvík, jehož smrt znamenala vymření česko-uherské větve Jagellonců a následně i mocenský vzestup Habsburků.
včera v 06:00

Německé letiště se potýká s malárií

Dosavadní dopad ohniska malárie, které se objevilo na frankfurtském letišti v Německu, čítá šest nakažených a dva mrtvé. Epidemiologové se pokoušejí přijít na to, jak se nákaza na místě rozšířila.
28. 8. 2026

Ruští vyděrači obelhali agenta AI. Ten pro ně napadl několik firem

Varování expertů na internetovou bezpečnost se vyplnila. Agentura Reuters popsala, jak skupina rusky hovořících zločinců zneužila komerčně dostupný model agentské umělé inteligence (AI) k útoku na řadu zahraničních společností.
28. 8. 2026

Letošní hurikánová sezona je zatím bez hurikánů. Meteorolog vysvětluje proč

Tropický Atlantik je na konci srpna nezvykle klidný. Od začátku letošní hurikánové sezony se v něm vytvořily pouze tři pojmenované tropické bouře – Arthur, Bertha a Cristobal – a ani jedna z nich nedosáhla síly hurikánu. Z hlediska celkové energie tropických cyklon je letošní začátek sezony dokonce nejslabší za téměř čtyři desetiletí. Přitom zrovna přichází období, kdy by měl tropický Atlantik začít naopak naplno ožívat. Co se v Atlantiku letos děje?
28. 8. 2026

Podívejte se na fotky částečného zatmění Měsíce

Na noční obloze nad značnou částí Evropy se v pátek nad ránem dalo pozorovat téměř úplné zatmění Měsíce. K tomuto jevu dochází, když se Země ocitne mezi Sluncem a Měsícem a vrhá svůj stín na Měsíc.
28. 8. 2026

Evropský pohled

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