Μια νέα θεωρία, που εξηγεί πώς το φως και η ύλη αλληλεπιδρούν σε κβαντικό επίπεδο, επέτρεψε στους ερευνητές να καθορίσουν το ακριβές σχήμα ενός μεμονωμένου φωτονίου.
Έρευνα στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ, που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters, διερευνά τη φύση των φωτονίων (μεμονωμένων σωματιδίων φωτός) με πρωτοφανή λεπτομέρεια για να δείξει πώς εκπέμπονται από άτομα ή μόρια και διαμορφώνονται από το περιβάλλον τους.
Η φύση αυτής της αλληλεπίδρασης οδηγεί σε άπειρες δυνατότητες για το φως να υπάρχει και να διαδίδεται, ή να ταξιδεύει, μέσω του περιβάλλοντός του. Αυτή η απεριόριστη δυνατότητα, ωστόσο, καθιστά τις αλληλεπιδράσεις εξαιρετικά δύσκολες στην μοντελοποίηση, και είναι μια πρόκληση που οι κβαντικοί φυσικοί προσπαθούν να αντιμετωπίσουν εδώ και αρκετές δεκαετίες.
Ομαδοποιώντας αυτές τις δυνατότητες σε διακριτά σύνολα, η ομάδα του Μπέρμιγχαμ μπόρεσε να παράγει ένα μοντέλο που περιγράφει όχι μόνο τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ του φωτονίου και του εκπομπού, αλλά και πώς η ενέργεια από αυτή την αλληλεπίδραση ταξιδεύει στο μακρινό «μακρινό πεδίο».
Ταυτόχρονα, μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν τους υπολογισμούς τους για να παράγουν μια απεικόνιση του ίδιου του φωτονίου.
Οι υπολογισμοί μας μας επέτρεψαν να μετατρέψουμε ένα φαινομενικά άλυτο πρόβλημα σε κάτι που μπορεί να υπολογιστεί. Και, σχεδόν ως ένα υποπροϊόν του μοντέλου, μπορέσαμε να παράγουμε αυτή την εικόνα ενός φωτονίου, κάτι που δεν έχει ξαναδειχτεί στη φυσική.
Δρ. Benjamin Yuen, Σχολή Φυσικής & Αστρονομίας
Ο πρώτος συγγραφέας Δρ. Benjamin Yeun, στη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου, εξήγησε: «Οι υπολογισμοί μας μας επέτρεψαν να μετατρέψουμε ένα φαινομενικά άλυτο πρόβλημα σε κάτι που μπορεί να υπολογιστεί. Και, σχεδόν ως ένα υποπροϊόν του μοντέλου, μπορέσαμε να παράγουμε αυτή την εικόνα ενός φωτονίου, κάτι που δεν έχει ξαναδειχτεί στη φυσική».
Η εργασία είναι σημαντική επειδή ανοίγει νέους δρόμους έρευνας για τους κβαντικούς φυσικούς και την επιστήμη των υλικών. Με το να είναι σε θέση να καθορίσουν με ακρίβεια πώς ένα φωτόνιο αλληλεπιδρά με την ύλη και με άλλα στοιχεία του περιβάλλοντός του, οι επιστήμονες μπορούν να σχεδιάσουν νέες νανοφωτονικές τεχνολογίες που θα μπορούσαν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο επικοινωνούμε με ασφάλεια, ανιχνεύουμε παθογόνα ή ελέγχουμε χημικές αντιδράσεις σε μοριακό επίπεδο, για παράδειγμα.
Η συγγραφέας, Καθηγήτρια Angela Demetriadou, επίσης στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ, δήλωσε: «Η γεωμετρία και οι οπτικές ιδιότητες του περιβάλλοντος έχουν βαθιές συνέπειες για τον τρόπο με τον οποίο εκπέμπονται τα φωτόνια, συμπεριλαμβανομένου του καθορισμού του σχήματος, του χρώματος, ακόμη και του πόσο πιθανό είναι να υπάρξουν τα φωτόνια».
Ο Δρ. Benjamin Yuen, πρόσθεσε: «Αυτή η εργασία μας βοηθά να αυξήσουμε την κατανόησή μας για την ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ φωτός και ύλης, και δεύτερον να κατανοήσουμε καλύτερα πώς το φως ακτινοβολεί στο κοντινό και μακρινό περιβάλλον του. Πολλές από αυτές τις πληροφορίες θεωρούνταν προηγουμένως απλώς «θόρυβος» - αλλά υπάρχουν τόσες πολλές πληροφορίες μέσα σε αυτό που μπορούμε τώρα να κατανοήσουμε και να χρησιμοποιήσουμε. Κατανοώντας αυτό, θέτουμε τα θεμέλια για να μπορέσουμε να σχεδιάσουμε αλληλεπιδράσεις φωτός-ύλης για μελλοντικές εφαρμογές, όπως καλύτερους αισθητήρες, βελτιωμένα φωτοβολταϊκά στοιχεία ενέργειας ή κβαντικούς υπολογιστές».
Πηγή :Explore ground-breaking quantum technology and science research at University of Birmingham.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου