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

Rok plný selhání. Odborný žurnál zkritizoval ministra zdravotnictví Kennedyho

Jeden z nejprestižnějších zdravotních odborných časopisů světa, Lancet, vydal rozsáhlou kritiku amerického ministra zdravotnictví Roberta F. Kennedyho mladšího. List popsal změny, které Kennedy zavedl a které podle Lancetu poškodily americké zdravotnictví. Hovoří o roku plném selhání. Náprava prý bude trvat celé desítky let.
před 2 hhodinami

Mladé Evropanky kouří víc než jejich vrstevnice ve světě, varuje WHO

Evropské dívky ve věku 13 až 15 let mají nejvyšší míru užívání tabáku ve své věkové skupině na celém světě, informovala Světová zdravotnická organizace (WHO). Mladí Evropané vynikají také v konzumaci elektronických cigaret: užívá je nejméně každý sedmý mladistvý Evropan.
před 3 hhodinami

Vegetariáni méně trpí na časté rakoviny, prokázal rozsáhlý výzkum

Vegetariáni mají podstatně nižší riziko vzniku pěti typů rakoviny než lidé, kteří běžně konzumují maso, popsala nová studie, která se věnovala vlivu stravy na pravděpodobnost rozvoje rakovinného bujení. Opačnou situaci ale vědci zjistili u nejčastějšího druhu rakoviny jícnu.
před 5 hhodinami

Čeští přírodovědci popsali jednoho z nejmenších savců na Zemi

Nenápadný hmyzožravec o hmotnosti pouhých dvou až tří gramů se zařadil mezi nejmenší savce planety. Mezinárodní tým vedený vědci z Ústavu biologie obratlovců Akademie věd ČR (AV ČR) ho objevil v etiopských horách a popsal ho jako nový druh bělozubky – Crocidura stanleyi.
před 9 hhodinami

Animace ukazuje, jak válka zastavila dopravu Hormuzským průlivem

Hormuzský průliv je klíčová vodní cesta, kterou denně proudí asi pětina světové ropy. Je spojnicí mezi největšími producenty ropy v Perském zálivu s jejich zákazníky v ostatních částech světa – hlavně v Asii. Data ukazují, jak se od pátku do pondělí zpomalovala doprava touto dopravní tepnou, až se zastavila úplně. V sobotu zahájily USA a Izrael útok na Írán, ke kterému průliv přiléhá.
před 22 hhodinami

Ohnivé tornádo by mohlo pomoct oceánům od ropných skvrn. Vědci ho otestovali

Texaští vědci otestovali novou nadějnou metodu, jak se zbavit ropných skvrn, které je nutné co nejrychleji odstranit. Navrhují je likvidovat pomocí plamenných vírů.
před 23 hhodinami

Americká armáda údajně využila při útoku na Írán AI, od níž se přitom Trump distancoval

Americká média jako Wall Street Journal a Axios píší, že při bombardování Íránu využily americké jednotky umělou inteligenci společnosti Anthropic, která přitom vede s armádou spory.
včera v 15:08

Nelétaví papoušci téměř vyhynuli, jejich počet se podařilo zčtyřnásobit

O jediném nelétavém druhu papouška na světě se dříve předpokládalo, že je odsouzen k vyhubení. Kakapo soví je totiž příliš těžký, pomalý a naneštěstí pro něj i příliš chutný na to, aby přežil v blízkosti predátorů, které do jeho původního domova přinesli na svých lodích Evropané. K rozmnožování navíc přistupuje neobvykle lehkovážně, píše agentura AP. Novozélanďané ale vynakládají velké úsilí na jeho záchranu.
včera v 11:46
Načítání...