Фотон «рассекречен»? Новая теория раскрывает облик одиночного фотона

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

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
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
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
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
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

Покадровая съемка электронов впервые показала, как свет вызывает квантовые переходы в графене

Скорость работы современной компьютерной техники уперлась в фундаментальное физическое ограничение. Тактовая частота серийных кремниевых процессоров уже два десятилетия держится на уровне...

Ученые вырастили организм, от которого произошла вся сложная жизнь. Внутри него не оказалось органов

Все живые существа на Земле делятся на две принципиально разные группы.К первой относятся бактерии и археи. Их клетки устроены относительно просто: внутри нет изолированных отсеков, а генетический...

Где в мозге находится сознание и почему ученые десятилетиями искали его не там

В каждую секунду глаза передают в мозг огромный объем зрительной информации, но человек осознает лишь малую ее часть. Остальные сигналы обрабатываются без участия сознания. Чтобы понять, чем...

На Галапагосах уничтожили более 140 тысяч одичавших коз — что произошло с островами после их исчезновения

На Галапагосах трудно представить более странного врага гигантской черепахи, чем обычная домашняя коза. Она не охотится на черепах и не разоряет их кладки. Но несколько поколений одичавших животных...

Почему роторные двигатели не стали массовыми, хотя они лёгкие и мощные

У Mazda RX-8 с механической коробкой передач красная зона тахометра начиналась у 9000 оборотов в минуту. Такой характер обеспечивал небольшой двухроторный двигатель, которому не требовался...

Чем полезен умный выключатель света и стоит ли его приобретать

Умный выключатель света кажется мелочью, пока не начинаешь пользоваться им каждый день. Свет в коридоре можно включать голосом, освещение в спальне выключать со смартфона, а вечером автоматически...