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

NASA plánuje vybudovat základnu na Měsíci za dvacet miliard dolarů

Americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) ruší plány na vybudování vesmírné stanice Lunar Gateway na oběžné dráze Měsíce. Místo toho využije její součásti k výstavbě základny na měsíčním povrchu. NASA plánuje uskutečnit projekt v hodnotě dvaceti miliard dolarů (422,5 miliardy korun) během následujících sedmi let, oznámil podle agentury Reuters šéf NASA Jared Isaacman.
před 3 hhodinami

Změny klimatu mohou českým zemědělcům pomoci, ukazuje výzkum. Nutná je ale příprava

Klimatická změna ovlivňuje zemědělství nejen lokálně změnou teplot a odlišným rozložením srážek ve vegetační sezoně v dané oblasti, ale také globálně, A to tím, jak se dopady regionálních změn promítají do mezinárodního obchodu a světových cen. Klimatická změna tak mění zažité výhody i nevýhody konkrétních oblastí, včetně Česka, ukazuje nová studie vědců z Ústavu výzkumu globální změny AV ČR – CzechGlobe.
před 6 hhodinami

Ze sovětské ponorky ztroskotané u Norska stále uniká radiace

Reaktor ponorky Komsomolec, kterou v roce 1989 postihl požár a potopila se, pořád uvolňuje do okolního moře radioaktivní částice, popsali norští vědci, kteří vrak opakovaně studovali. Výsledky nejnovější studie vydali v březnu. Současně prokazuje, že to nepředstavuje pro okolní životní prostředí žádné riziko, hlavně díky tomu, jak dobře byla ponorka po havárii zajištěna.
před 7 hhodinami

V Kateřinské jeskyni v Moravském krasu měli ve středověku zřejmě dílnu penězokazci

Archeologové objevili v Kateřinské jeskyni v Moravském krasu další doklady středověké penězokazecké dílny. Kovové pláty s otvory pocházejí z patnáctého století. Zajímavou lokalitu z pohledu archeologů letos přiblíží veřejnosti nové speciální prohlídky.
před 8 hhodinami
Načítání...