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

Paleodieta je pohádka, člověk se jen masem nikdy neživil, tvrdí výzkum

Rozsáhlá analýza zbytků lidské potravy z období pravěku přinesla silné argumenty pro vyvrácení hypotéz o tom, že se v době kamenné konzumovalo hlavně maso.
před 2 hhodinami

NASA mohla omylem kolonizovat Mars, naznačují vlastnosti „nesmrtelné“ bakterie

Americká vesmírná agentura NASA objevila před několika lety v opakovaně čištěné laboratoři bakterii, která přežila desítky pokusů o dezinfekci. Teď vědci popsali, jak to organismus dělá, a také potenciální dopady těchto schopností.
před 16 hhodinami

Vědci na Trutnovsku našli v trase D11 hromadné vojenské hroby z 18. a 19. století

Vědci v trase budoucí dálnice D11 v úseku mezi Jaroměří a Trutnovem objevili hromadné vojenské hroby z 18. a 19. století, které považují za mimořádný archeologický soubor doplňující poznání tehdejších válečných konfliktů. Kromě hrobu z druhé slezské války z roku 1745, o kterém již informovali, našli také tři z roku 1866.
před 19 hhodinami

Ničivé počasí v části Asie není náhoda, ale klimatické varování, tvrdí vědci

Jihovýchodní Asie letos čelí neobvykle silným bouřím. Počet obětí povodní a sesuvů půdy v Indonésii, na Srí Lance a v Thajsku dosud přesáhl 1400, přičemž více než tisícovka lidí se stále pohřešuje. V Indonésii zůstávají celé vesnice odříznuté od zbytku světa poté, co voda zničila mosty a silnice. Tisíce lidí na Srí Lance nemají přístup k pitné vodě, zatímco thajský premiér přiznal nedostatečnou reakci své vlády, píše agentura AP.
před 21 hhodinami

Stárnutí ženských vajíček se dá zvrátit, zjistili náhodou čeští vědci

Projevy stárnutí ženských vajíček, takzvaných oocytů, je možné zvrátit a jejich poškození opravit. To, co bylo dosud považováno za biologicky nemožné, dokázal mezinárodní tým vedený reprodukční bioložkou Helenou Fulkovou z Ústavu experimentální medicíny Akademie věd ČR, který o průlomu informoval v tiskové zprávě. Výsledky zveřejnil časopis Aging Cell. Podle vědců otevírají závěry práce nové otázky o biologii stárnutí a také prostor pro vývoj budoucích léčebných postupů.
před 22 hhodinami

Univerzitní spin-offy sílí. Pomáhají výzkumu a míří do světového byznysu

Univerzitní firmy, takzvané spin-offy, které vysokým školám přinášejí zisk, jsou v zahraničí běžné. V tuzemsku se tento model prosazuje pomaleji. Na konferenci v Ostravě, pořádané agenturou CzechInvest, zazněly příklady úspěšných firem, které dokážou z akademického výzkumu vytvořit mezinárodně konkurenceschopný produkt i finanční přínos pro vysoké školy.
před 23 hhodinami

Humanoidů v Číně vzniká spousta, kupuje je málokdo. Země se bojí bubliny

Čína vsadila na to, že se stane světovou velmocí v humanoidních robotech. Podle několika analýz ale možná přišla s touto technologií příliš brzy, protože reálně o ni není příliš zájem.
včera v 06:30

Cukry, „guma“ a prach mrtvých hvězd. Vědci prozkoumali vzorky z asteroidu Bennu

Když v září roku 2023 dostali vědci do rukou vzorky z mise Osiris-REx, která prostudovala temný asteroid Bennu, věděli, že drží poklad, jehož hodnota se nedá vyjádřit čísly. Analýza od té doby přináší pořád nová překvapení. Teď rovnou tři současně – a to ve formě informací o Sluneční soustavě a původu života. Vědci ve třech na sobě nezávislých studiích odhalili ve vzorcích cukry nepostradatelné pro život, v kosmu dosud nepozorovanou gumovitou látku a také nečekaně vysoký výskyt prachu vzniklého při explozích supernov.
3. 12. 2025
Načítání...