Фотон «рассекречен»? Новая теория раскрывает облик одиночного фотона

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Долгие годы фотон, квант света, оставался для ученых чем-то вроде неуловимого призрака. Мы знали о его существовании, понимали его роль в передаче энергии, но представить его форму, «увидеть» его, казалось невозможным. Новое исследование, проведенное в Бирмингемском университете, переворачивает наши представления о природе света, предоставляя уникальную возможность «заглянуть» внутрь фотона.

От хаоса к порядку: систематизация квантовых взаимодействий

Традиционно взаимодействие света и материи на квантовом уровне представлялось как запутанный клубок вероятностей, бесконечное множество сценариев, которые делали моделирование практически невозможным. Сложность заключалась не только в многообразии взаимодействий, но и в влиянии окружающей среды, которая, подобно невидимому дирижеру, «формирует» поведение фотонов.

Форма фотона, абстрактная иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Исследователи из Бирмингема предложили новаторский подход, разделив этот «квантовый хаос» на отдельные, четко определенные группы. Такой подход позволил создать математическую модель, описывающую не только сам процесс взаимодействия фотона с излучателем, но и его дальнейшее распространение в пространстве. Важно отметить, что модель не просто описывает абстрактные процессы, но и дает возможность визуализировать сам фотон.

Визуализация невидимого: первый взгляд на форму фотона

Получение изображения фотона, о котором говорит доктор Бенджамин Юэн, стало побочным продуктом моделирования. Это не просто красивая картинка, а фундаментальное достижение, открывающее новые горизонты для понимания света. Ведь форма фотона, его «геометрия», теперь не просто абстрактное понятие, а характеристика, поддающаяся количественному описанию.

Схема сферической наночастицы (синий), окруженной вакуумом и заключенной в ограниченном объеме (пунктирная линия) радиуса R → ∞. КЭ (красный) взаимодействует с электрическим полем моды (фиолетовый). Спектр взаимодействия (справа) определяется геометрией наночастицы. Цитирование: Ben Yuen and Angela Demetriadou; Phys. Rev. Lett. 133, 203604 — Published 14 November, 2024 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.203604
Автор: Ben Yuen and Angela Demetriadou Источник: journals.aps.org
Практическое применение: от нанотехнологий до квантовых компьютеров

Знание точной формы фотона и его взаимодействия с материей открывает широчайшие возможности для прикладных исследований. Представьте себе, что мы можем «настроить» свет, создать фотоны с заданными свойствами. Это позволит разработать принципиально новые нанофотонные устройства: сверхчувствительные датчики, высокоэффективные солнечные батареи, мощные квантовые компьютеры.

Распределение интенсивности для (a) (5, 0, 4) и (b) (8, 0, 3) псевдомодов, построенное как функция 0 < r < 1,5 μ m и θ. Поверхность резонатора находится на расстоянии r = 1. Цитирование: Ben Yuen and Angela Demetriadou; Phys. Rev. Lett. 133, 203604 — Published 14 November, 2024 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.203604
Автор: Ben Yuen and Angela Demetriadou Источник: journals.aps.org
За «шумом» скрывается информация: новый взгляд на квантовые явления

Особый интерес представляет замечание доктора Юэна о том, что информация, ранее считавшаяся «шумом», теперь обретает смысл. Это иллюстрирует важный принцип научного познания: то, что сначала кажется незначительным, может оказаться ключом к пониманию сложных явлений. В случае с фотонами этот «шум», вероятно, хранит информацию о тонких взаимодействиях с окружающей средой, которая ранее была недоступна для анализа.

Динамическая эволюция популяций состояний QE и псевдомод, рассчитанная для дипольных моментов (а) 10 D, (б) 100 D и (в) 10 4 D. Популяции возбужденного состояния QE (синий), (8,3) псевдомоды (оранжевый) и (5,4) псевдомоды (зеленый). Линии с красно-желтым оттенком показывают все остальные популяции псевдомод, где оттенок указывает на скорость их распада, определяемую Im ( z l n ). Пунктирные линии показывают приближенные результаты уравнения (18 см. ориг. исследование). Цитирование: Ben Yuen and Angela Demetriadou; Phys. Rev. Lett. 133, 203604 — Published 14 November, 2024 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.203604
Автор: Ben Yuen and Angela Demetriadou Источник: journals.aps.org
Заключение: шаг в новую эру фотонной физики

Исследование Бирмингемского университета — это не просто еще один шаг в изучении квантовой физики. Это открытие, которое может кардинально изменить наше представление о свете и его взаимодействии с материей. Возможность увидеть форму фотона, понять его «поведение» в различных условиях открывает двери в новую эру фотонных технологий, способных решить многие актуальные задачи современной науки и техники. Это только начало пути, но уже сейчас можно с уверенностью сказать: мы на пороге революции в мире света.

9 комментариев

Добавить комментарий

S
[зевает]
Т.е. у этих граждан фотон — это шар.
Нууу, ок, ясно :)
a
Сферическая волна — вполне себе шар. Другое дело, что могут быть и другие решения…
1
Фотон — не волна. Частица. Волновые свойства могут наблюдаться у потока частиц. И но не одиночной частицы.
S
Да ладно.
Ты у нас первый, кому неизвестен двухщелевой эксперимент?
1
2 щели. 1 фотон. Фотон влетел в стену в какой то точке. А так же, либо возбудил электронной какого либо атома в стене, либо придал импульс какому либо атому в стене. Как фотон отклонился и по какой формуле — вопрос заурядный. А где волна то? В том, что у фотонов разной энергии — разная «комптоновская длина волны»? Ну так это не волна, а характеристика квантовых КВАНТОВЫХ процессов. Все процессы сводятся к набору событий взаимодействия отдельных квантов. Не помню такого, чтобы квант в виде волны провзаимодействовал с пачкой частиц. Кроме, разве что столкновений частиц с атомным ядром как с единым целым.
1
Материальную точку, действительно логичнее изображать в виде шарика. Если трёхмернойе изобрпжние. Но не слишком ли много шума развели, нарисовав точку чуть более художественно?
a
С учетом того, что измерение меняет объект, это открытие сродни открытию банки зеленого горошка.
1
Очередное мракобесие от малобразованного переводчика.
1
Как жтт круто! Открыли форму материальной точки 🤣 или у них на изображении как раз точка и получилась?😁

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Новый метод измерения расширения Вселенной: физики вычислили постоянную Хаббла по гравитационному фону

Вселенная расширяется. Скорость этого расширения прямо сейчас описывается одним числом — постоянной Хаббла (H₀). Измерить его можно разными способами, и тут возникает проблема.Один класс...

5 самых абсурдных покупок в мире: доспехи для морских свинок, невидимые картины и бесполезные приложения

  • Тематическая подборка
  • Оффтопик
Сейчас время такое: из каждого утюга только и слышится о выгодных вложениях, инвестициях и финансовой грамотности. Пишутся сотни статей о том, как не потерять свои кровные заработанные финансы. Но...

Маленькое государство в Южной Азии майнит биткоины на миллионы — как Бутан стал криптодержавой

Если посмотреть на список стран с крупнейшими государственными запасами биткоина, то первые позиции выглядят вполне ожидаемо: США, Китай и Великобритания. Но дальше происходит довольно необычная...

Обзор памяти XPG Lancer Blade RGB DDR5: производительность, температура, стабильность

Оперативная память DDR5 уже прочно закрепилась в современных системах, но выбор конкретного комплекта по-прежнему вызывает вопросы. Производители предлагают десятки моделей с разными частотами,...

5 дистрибутивов на базе Fedora, расширяющих её возможности

Подборка объединяет дистрибутивы, построенные на базе Fedora, которые выходят за рамки стандартного функционала системы. Каждый из них предлагает особый подход к обновлениям, установке программ и...