Исследование в Университете Бирмингема, опубликованное в Physical Review Letters, изучает природу фотонов (отдельных частиц света) в беспрецедентных подробностях, чтобы показать, как они испускаются атомами или молекулами и формируются их окружением.
Природа этого взаимодействия приводит к бесконечным возможностям для существования и распространения света или перемещения через окружающую среду. Однако эта безграничная возможность делает взаимодействия исключительно сложными для моделирования и является проблемой, над решением которой квантовые физики работают уже несколько десятилетий.
Группируя эти возможности в отдельные наборы данных, команда из Бирмингема смогла создать модель, которая описывает не только взаимодействия между фотоном и излучателем, но и то, как энергия от этого взаимодействия перемещается в «дальнее поле».
В то же время они смогли использовать свои вычисления для создания визуализации самого фотона.
Доктор Бенджамин Юэн из Школы физики университета объяснил: «Наши вычисления позволили нам 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 важна, потому что она открывает новые направления исследований для квантовых физиков и материаловедения. Имея возможность точно определить, как фотон взаимодействует с материей и другими элементами его окружения, ученые могут разрабатывать новые нанофотонные технологии, которые могут изменить способ нашей безопасной коммуникации, обнаружения патогенов или управления химическими реакциями на молекулярном уровне.
Соавтор, профессор Анджела Деметриаду, также из Бирмингемского университета, сказала: «Геометрия и оптические свойства окружающей среды имеют глубокие последствия для того, 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 свое близкое и далекое окружение. Раньше большая часть этой информации считалась просто «шумом», но в ней так много информации, что теперь мы можем ее осмыслить и использовать.
Больше информации: Ben Yuen et al, Exact Quantum Electrodynamics of Radiative Photonic Environments, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.203604
