Исследование Бирмингемского университета, опубликованное в журнале Physical Review Letters, беспрецедентно подробно изучает природу фотонов (отдельных частиц света) и показывает, как они испускаются атомами или молекулами и формируются под воздействием окружающей среды.

Природа этого взаимодействия приводит к бесконечным возможностям существования света и его распространения, или путешествия, через окружающую среду. Однако эти безграничные возможности делают взаимодействие исключительно трудным для моделирования, и именно над решением этой проблемы квантовые физики работают уже несколько десятилетий.

Команда из Бирмингема смогла создать модель, которая описывает не только взаимодействие между фотоном и излучателем, но и то, как энергия от этого взаимодействия распространяется в «дальнее поле». В то же время ученые смогли использовать свои расчеты для создания визуализации самого фотона.

Первый автор работы доктор Бенджамин Юэнь (Benjamin Yuen) из Школы физики университета пояснил: «Наши расчеты позволили преобразовать, казалось бы, неразрешимую проблему в нечто, поддающееся вычислению. И, почти как побочный продукт модели, мы смогли создать изображение фотона, чего раньше в физике не наблюдалось».

Эта работа важна, поскольку открывает новые пути для исследований в области квантовой физики и материаловедения. Получив возможность точно определить, как фотон взаимодействует с веществом и другими элементами окружающей среды, ученые смогут разработать новые нанофотонные технологии, которые изменят способы безопасной связи, обнаружения патогенов или, например, контроля химических реакций на молекулярном уровне.

Соавтор работы, профессор Анжела Деметриаду, сказала: «Геометрия и оптические свойства окружающей среды имеют глубокие последствия для испускания фотонов, в том числе определяют их форму, цвет и даже вероятность существования. Эта работа помогает лучше понять обмен энергией между светом и веществом, а также то, как свет излучается в близкое и далекое окружение. Многие из этих данных раньше считались просто "шумом", но в них так много информации, которую мы теперь можем осмыслить и использовать. Понимая это, мы закладываем основу для разработки взаимодействия света и материи для будущих приложений, таких как улучшенные датчики, усовершенствованные фотогальванические элементы или квантовые вычисления».

Источник: Научная Россия