Новая теория, разработанная исследователями из Университета Бирмингема, впервые позволила определить точную форму отдельного фотона, что может привести к значительным прорывам в квантовой физике и материаловедении. Результаты исследования, опубликованные в Physical Review Letters, предоставляют беспрецедентный уровень детализации о природе фотонов и их взаимодействии с материей.

Фотоны, отдельные частицы света, могут иметь бесконечное множество возможностей существования и распространения, что делает их взаимодействие с материей исключительно сложным для моделирования. Однако, объединив эти возможности, команда из Бирмингема смогла создать модель, которая описывает не только взаимодействие между фотоном и излучателем, но и то, как энергия этого взаимодействия распространяется в отдалённое «дальнее поле».

Главный автор исследования, доктор Бенджамин Юэн, объяснил: «Наши вычисления позволили преобразовать, казалось бы, неразрешимую задачу в нечто, что можно вычислить. И, почти как побочный продукт модели, мы смогли создать это изображение фотона, чего раньше не было в физике».

Работа имеет важное значение, поскольку она открывает новые направления исследований для квантовых физиков и материаловедения. Имея возможность точно определить, как фотон взаимодействует с материей и другими элементами его окружения, учёные могут разрабатывать новые нанофотонные технологии, которые могли бы изменить способы обнаружения патогенов или управления химическими реакциями на молекулярном уровне.

Соавтор исследования, профессор Анджела Деметриаду, отметила: «Геометрия и оптические свойства окружающей среды оказывают глубокое влияние на то, как испускаются фотоны, включая определение формы фотонов, цвета и даже вероятности их существования».

Доктор Бенджамин Юэн добавил: «Эта работа помогает нам расширить наше понимание обмена энергией между светом и материей, а во-вторых, лучше понять, как свет излучается в близлежащее и отдалённое окружение. Раньше большая часть этой информации считалась просто шумом, но теперь в ней так много информации, что мы можем её осмыслить и использовать».

Понимание взаимодействия света и материи на квантовом уровне может привести к разработке более совершенных датчиков, усовершенствованных фотоэлектрических элементов или квантовых вычислений.