Какой формы фотон
Новая модель, разработана физиками из Великобритании, предоставляет полное квантовое описание точки взаимодействия света и материи, сохраняя картину того, как это взаимодействие продолжает влиять на частицу, когда она увеличивает масштаб сквозь клубок электрических полей. "Расчеты позволили нам превратить, казалось бы, неразрешимую проблему в то, что можно вычислить", – говорит физик-теоретик Бенджамин Юэн из Бирмингемского университета. 24 Канал ознакомился с его отчетом.
Смотрите также Ученые создали самые тонкие спагетти в мире, но лучше их не есть
Почти как побочный продукт модели, мы смогли создать изображение фотона, чего раньше не видели в физике,
– добавил ученый.
Имея свойства как волны, рябящей в нематериальном океане, так и безмассового объекта, приближающегося к пределу скорости, фотон бросает вызов нашему воображению своей двойственной природой. Его существование является загадкой, чем-то, что может быть с чрезвычайной точностью представлено математикой вероятности, но не имеет удобной аналогии, которую мы могли бы использовать, чтобы представить, как это могло бы выглядеть в нашем мире форм, размеров и цветов.
Однако некоторые свойства света могут превратиться в нечто знакомое. В его квантовом коде, известном как волновая функция, заложены правила, диктующие пределы воздействия фотона на окружающую среду.
То, что мы ощущаем как бледное сияние неоновой вывески или лучи солнца в летний день, является обменом между атомами на языке электромагнетизма. Когда электроны движутся по своим орбитам, они излучают соответствующие единицы энергии, известные как фотоны.
Совершенствование нашей технологической способности сдерживать и направлять этот электромагнитный "разговор" выявило невероятные сложности в прохождении света через материальную Вселенную, говорят ученые. Это путешествие больше нельзя понимать как одностороннее прохождение энергии от точки излучения к месту назначения. Скорее, ее квантовая природа сохраняет своеобразную память, которая продолжает возвращаться на своем пути в том, что физики называют немарковской динамикой.
Геометрия и оптические свойства среды имеют глубокие последствия для того, как излучаются фотоны, включая определение формы, цвета и даже вероятности его существования,
– добавила ученая Бирмингемского университета Анжела Деметриаду.
Чтобы лучше понять эти квантовые правила немарковского путешествия фотона сквозь время и материю, Юэн и Деметриаду разработали уникальную модель, которая описывает открытую среду, с которой взаимодействует свет сразу после излучения атомами в наночастицах кремния.
Их теория не только с беспрецедентной точностью описывала распространение света из начальной точки, но и определила "шум" взаимодействий, который точно описывал градиенты напряженности поля, окружающего кванты света. Таким образом, понимая, где начинается и куда достигает это поле, ученые смогли изобразить форму фотона.
Форма фотона с обозначенными полями электромагнетизма / Фото Бенджамин Юэн
Поскольку наше стремление к меньшим, более быстрым, более точным и чувствительным технологиям растет, потребность в точном предсказании квантовых следов, которые фотоны оставляют после себя, будет становиться все более важной.
"Понимая это, мы закладываем основы для инженерии взаимодействия света и материи для будущих применений, таких как лучшие сенсоры, усовершенствованные фотоэлектрические элементы или квантовые вычисления", – заключает Бенджамин Юэн.