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

Před dvaceti lety varoval Al Gore svět před klimatickou krizí

Před dvaceti lety vstoupil do kin dokument, který zásadně proměnil veřejnou debatu o změně klimatu. Snímek An Inconvenient Truth („Nepříjemná pravda“) s bývalým americkým viceprezidentem Alem Gorem v hlavní roli se v roce 2006 stal globálním fenoménem. Pro miliony lidí šlo o první setkání s představou, že klimatická změna není vzdáleným problémem budoucnosti, ale procesem probíhajícím právě teď. O dvě dekády později se ale nabízí otázka: Jak dobře film obstál ve světle aktuálních poznatků?
před 6 hhodinami

V prvním kole přijímacích zkoušek na střední školy uspělo více zájemců než vloni

V prvním kole přijímacích zkoušek na střední školy uspělo 93,3 procenta žáků, kteří se hlásili z devátých tříd základních škol. Je to podobně jako loni, kdy jich podle aktualizovaných dat bylo 92,9 procenta, informovala v pátek v tiskové zprávě státní organizace Cermat. Do čtyřletých a kratších oborů letos školy přijaly 89,8 procenta uchazečů. Je to více než v roce 2025, kdy bylo podle aktualizovaných dat Cermatu přijato 87,9 procenta uchazečů.
včeraAktualizovánopřed 17 hhodinami

Restaurování hrobek v egyptském Luxoru odhalilo malby z 18. dynastie

Po dokončení restaurátorských prací v hrobce Samuta v nekropoli El Chocha na západním břehu Nilu v Luxoru se znovu objevilo několik staroegyptských maleb. Fresky na stěnách komplexu zachycují výjevy z každodenního života, pohřebních rituálů i náboženské motivy egyptské civilizace z doby před zhruba 3500 lety.
včera v 16:00

Obavy z hantaviru zesiluje zkušenost s pandemií covidu-19, upozorňují experti

„Kolektivní pandemická paměť“ vyvolává ve společnosti obavy spíše kvůli vzpomínkám na to, co se stalo, než kvůli skutečné situaci. Odborníci na sociologii a psychologii vysvětlují, jak vzniká někdy iracionální strach, a varují před dalším velkým „virem“ – dezinformacemi.
včera v 14:40
Doporučujeme

Voda na měsících Jupiteru a Saturnu mrzne do podoby štrůdlu, popsali čeští vědci

Dvojice českých geofyziků ve spolupráci se zahraničními vědci provedla originální experiment. Pokusila se v něm vytvořit podmínky, které panují na měsících Europa a Enceladus. A zjistit tak, jak vypadá ledová krusta, která pokrývá oceány v místech, kde by mohl být život a jež chce lidstvo zkoumat. Závěry pokusu jsou varováním pro mise, které by na měsících Jupiteru a Saturnu měly v budoucnu přistát.
včera v 13:00

Řada zvířat využívá město pravidelně, mimo pozornost lidí, ukázal výzkum

Soužití lidí a volně žijících zvířat ve městech se neodehrává náhodně, ale řídí se jasnými zákonitostmi. Ukázal to tříletý výzkum brněnských vědců, kteří sledovali pohyb zvířat v městském prostředí. Nově vzniklá databáze má pomoci například s prevencí škod způsobených přemnoženými divokými prasaty. V jihomoravské metropoli jich je aktuálně přes tři stovky.
včera v 11:04

Sysli mizí z Evropy. Škodí jim moderní zemědělství, chráněná území nestačí

Nový výzkum českých biologů z Akademie věd popsal, jak a proč mizí z Evropy sysli. Mají sice rádi obdělávanou půdu, moderní zemědělství spojené s těžkou technikou, monokulturami a zhutněním půdy jim ale neprospívá.
včera v 09:57

Nedostatek i nadbytek spánku jsou spojeny s předčasným stárnutím, ukazuje studie

Spánek zřejmě hraje klíčovou roli v procesu stárnutí, protože jak jeho nedostatek, tak naopak příliš dlouhé vyspávání mohou negativně ovlivňovat mozek, srdce, plíce i imunitní systém. Vyplývá to z výzkumu publikovaného ve vědeckém časopise Nature.
14. 5. 2026
Načítání...