Ученые впервые представили форму одиночного фотона

Исследователи разработали новую квантовую теорию, которая впервые позволяет точно описать форму фотона — частицы света. Это открытие дает возможность изучать взаимодействие фотонов с атомами и их окружающей средой, что может стать революцией в области нанофотонических технологий.

Работа ученых из Бирмингемского университета, опубликованная в Physical Review Letters, углубляет понимание поведения фотонов — исследователи показали, как частицы света испускаются атомами и молекулами, а также как их форма изменяется под влиянием окружающей среды. Этот процесс долгое время оставался трудным для моделирования из-за бесконечного числа вариаций, в которых свет может существовать и перемещаться.

Чтобы решить эту задачу, ученые сгруппировали взаимодействия фотона с источником излучения и средой в определенные наборы. Это позволило создать модель, которая описывает, как энергия взаимодействия распространяется в окружающее пространство. Как побочный результат этих вычислений, исследователи смогли визуализировать сам фотон — впервые в истории физики.

Эти данные открывают новые перспективы для квантовой физики и материаловедения. Возможность точно описывать взаимодействия фотонов с веществом может привести к созданию более эффективных сенсоров, технологий безопасной связи, методов выявления патогенов и управления химическими реакциями на молекулярном уровне.

Теперь мы можем лучше понимать, как свет излучается и распространяется, а также как его взаимодействие с веществом может быть использовано на практике.

— доктор Бенджамин Юэн, ведущий автор исследования

По словам ученого, ранее эти данные считались "шумом", но теперь становятся основой для разработки новых технологий, таких как улучшенные солнечные батареи и системы квантовых вычислений.