Ново изследване разкрива формата на един фотон — най-малката възможна форма на енергия в електромагнитно поле, която познаваме като светлина, предава Futurism.
Проучването, публикувано в списанието Physical Review Letters, подробно описва как тези квантови частици на светлината се излъчват от атомите и как се определят от тяхната среда. Въпреки безбройните възможности за взаимодействия, учените твърдят, че са разработили практичен метод за тяхното предвиждане.
"Нашите изчисления ни позволиха да превърнем привидно неразрешим проблем в нещо, което може да бъде изчислено," казва Бенджамин Юен, водещ автор на изследването и физик от Университета в Бирмингам, Великобритания. "И почти като страничен продукт от модела успяхме да създадем изображение на фотон — нещо, което досега не е виждано във физиката."
Определянето на конкретна форма за фотона е предизвикателство, защото тези безмасови елементарни частици проявяват вълново-корпускулярна дуалност — любопитна черта на обекти в квантовия свят, който се управлява от странни неопределености.
Това означава, че фотоните могат да се държат както като частици, така и като вълни, в зависимост от начина, по който се наблюдават.
Освен това те се разглеждат и като възбуждения в електромагнитно поле, подобни на пулсации на дискретна енергия.
На кратко, фотоните са изключително трудни за точно дефиниране. Освен това съществуват безкрайни начини, по които светлината може да взаимодейства със своята среда и атомите, които я излъчват.
Учените обаче са успели да преодолеят тези трудности, като са намалили възможностите до определени дискретни множества с помощта на класическата механика. Те са разделили взаимодействията на "псевдомодове," което е опростило анализа.
Предимството на този модел е, че той може точно да опише как фотоните пътуват в далечна област на електромагнитното поле около даден обект, известна като далечно поле (far field). Предишните методи не успяваха да свържат близкото и далечното поле, оставяйки непълна картина на светлинните системи на квантово ниво.
"Тази работа ни помага да разберем по-добре обмена на енергия между светлината и материята, както и как светлината се излъчва в близката и далечната си околност," обяснява Юен. "Много от тази информация преди се считаше за просто 'шум,' но сега можем да я разберем и използваме."
Това ново разбиране има значителни практически приложения. За квантовите физици и учените, работещи с материали, то може да преобрази разработването на нано-оптични технологии, което да доведе до "подобрени фотоволтаични клетки за добив на енергия, квантови компютри," както и до напредък в технологиите за комуникация, добавя Юен.
