Впервые определена форма отдельного фотона

Ученые из Университета Бирмингема разработали новую теорию, объясняющую взаимодействие света и материи на квантовом уровне, и впервые смогли определить точную форму отдельного фотона. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Работа сосредоточена на изучении природы фотонов, представляющих собой частицы света. Ученые исследовали, как фотоны испускаются атомами или молекулами и формируются под влиянием окружающей среды. Это позволило детально рассмотреть механизм взаимодействия фотона с материей и описать процесс распространения энергии в окружающем пространстве.

Для исследования была разработана модель, которая объединяет взаимодействие фотона и излучателя, а также описывает распространение энергии в отдаленную область пространства, известную как «дальнее поле». Ученым удалось преобразовать сложную задачу моделирования в вычислимую форму, что сделало возможным построение визуализации фотона. Такой подход позволил устранить неопределенности, которые ранее рассматривались как шум.

Модель также позволила изучить влияние геометрии и оптических свойств окружающей среды на характеристики фотонов. Ученые показали, что эти свойства определяют форму, цвет и вероятность существования фотона, что значительно расширяет понимание обмена энергией между светом и материей.

Результаты работы открывают перспективы для разработки нанофотонных технологий. Возможность описания взаимодействия фотонов с окружающей средой может быть применена для создания новых сенсоров, улучшения фотоэлектрических элементов или управления химическими реакциями на молекулярном уровне. Это также важно для безопасной связи и разработки квантовых вычислительных технологий.