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

Čína se potýká s virem, který útočí na zrak. Na lidi se přenáší od mořských tvorů

Čína už několik let zaznamenává zvýšené množství podivných očních infekcí. Teď vědci popsali příčinu této choroby. Způsobuje ji virus, který se na lidi přenáší od mořských tvorů, s nimiž lidé přicházejí do styku.
před 17 hhodinami

Žena trpěla třemi nevyléčitelnými nemocemi. Jedna genová terapie ji zbavila všech

Nevyléčitelně nemocná pacientka měla tři nemoci, jejichž kombinace znemožňovala léčbu. Přípravek proti jedné z nich totiž okamžitě zhoršoval průběh obou ostatních. Vědci tak u ní vyzkoušeli experimentální terapii CAR-T, která zabrala během pouhých několika týdnů.
před 20 hhodinami

KGB, petro-rubl a Potěmkinovy reaktory. Historik vysvětluje příčiny katastrofy v Černobylu

Před čtyřiceti lety došlo do té doby v nepříliš známém městě k nehodě. Jedna noc, jeden reaktor a jedno jméno – Černobyl. Tato událost navždy změnila pohled na jadernou energii. V seriálu ČT24 tuto událost připomínáme – ale nejen jako příběh samotné katastrofy, ale pokud možno v co nejširším kontextu.
včera v 07:00

Československo pod radioaktivním mrakem. Před čtyřiceti lety hrálo hlavní roli počasí

Před čtyřiceti lety došlo k nejhorší katastrofě při provozu jaderných elektráren v historii. Šlo o Černobyl. O dopadech na Evropu do značné míry rozhodovalo počasí a také schopnost ho dostatečně dobře předpovídat.
12. 4. 2026

VideoNASA chce do roku 2036 vybudovat základnu na Měsíci

Šéf NASA Jared Isaacman týden před startem mise Artemis II představil nový plán, podle kterého chtějí Spojené státy do roku 2036 vybudovat na Měsíci trvalou základnu. Počítá s desítkami pilotovaných přistání, budováním potřebné infrastruktury i využitím místních zdrojů, především vody. Právě její hledání bude jedním z klíčových úkolů příštích let a zapojí se do něj i technologie, kterou vyvíjejí vědci z ČVUT. Pátrání po vodě na Měsíci má začít v roce 2029.
11. 4. 2026

Dospělí, kteří nikdy nevstoupili do manželství, mají dle studie vyšší riziko rakoviny

Dlouhodobé vztahy zřejmě fungují jako silný faktor, který pomáhá před rakovinou. Ve hře je celá řada různých faktorů, které se podílejí na této ochraně, popsali vědci v rozsáhlém výzkumu.
11. 4. 2026

Artemis II se vrátila na Zemi. Přistání do oceánu proběhlo úspěšně

Mise Artemis II, při které první lidé od sedmdesátých let minulého století obletěli Měsíc, v noci na sobotu ukončila svou více než milion kilometrů dlouhou cestu. Čtveřice astronautů v kosmické lodi Orion proletěla atmosférou a dopadla do Tichého oceánu nedaleko západoamerického San Diega. Manažer programu Orion Howard Hu na tiskové konferenci uvedl, že tento den představuje začátek nové éry lidského průzkumu vesmíru.
10. 4. 2026Aktualizováno11. 4. 2026

Vědci popsali šimpanzí „občanskou válku“ v Ugandě

V ugandském národním parku Kibale propukly mezi dvěma frakcemi šimpanzí skupiny Nogo boje, které vědci přirovnávají k občanské válce. Vyplývá to ze studie, která vyšla v odborném časopise Science.
10. 4. 2026
Načítání...