دانشمندان برای اولین بار تصویر یک «ذرۀ نور» را بازسازی کردند

یک نظریه جدید درباره چگونگی برهمکنش نور و ماده در سطح کوانتومی محققان را قادر ساخته برای نخستین بار شکل دقیق یک فوتون را تعریف کنند.

پژوهشی در دانشگاه بِرمینگام، ماهیت فوتون‌ها (ذرات منفرد نور) را با جزئیات بی‌سابقه بررسی کرده تا نشان دهد چگونه آن‌ها توسط اتم‌ها یا مولکول‌ها ساطع می‌شوند و توسط محیطشان شکل می‌گیرند.

به گزارش فرادید؛ ماهیت این برهم‌کنش منجر به امکانات بی‌نهایتی برای وجود نور و انتشار یا سفر آن از طریق محیط اطرافش می‌شود. با این حال، این امکان بی‌حد و حصر، مدل‌سازی برهم‌کنش‌ها را بسیار سخت می‌کند و چالشی است که فیزیکدانان کوانتومی چندین دهه برای حل آن تلاش کرده‌اند.

تیم بیرمنگام با گروه‌بندی این احتمالات در مجموعه‌های مجزا، توانستند مدلی ایجاد کنند که نه تنها برهمکنش‌های میان فوتون و ساطع‌کننده را توصیف می‌کند، بلکه نحوه انتقال انرژی حاصل از آن برهم‌کنش به «میدان دور» دوردست را نیز توصیف می‌کند. آن‌ها هم‌زمان توانستند از محاسبات‌شان برای ایجاد تصویری از خود فوتون استفاده کنند.

نویسنده اول، دکتر بنجامین یوئن در دانشکده فیزیک دانشگاه، توضیح داد: «محاسبات ما را قادر ساخت یک مسئله‌ی به ظاهر غیرقابل‌حل را به چیزی قابل‌محاسبه تبدیل کنیم و تقریباً به عنوان محصول جانبی مدل، توانستیم این تصویر از یک فوتون را تولید کنیم، چیزی که قبلاً هرگز در فیزیک دیده نشده بود.»

این کار به این دلیل مهم است که راه‌های جدید تحقیق را برای فیزیکدانان کوانتومی و علم مواد باز می‌کند. دانشمندان با توانایی تعریف دقیق نحوه تعامل یک فوتون با ماده و سایر عناصر محیط آن، می‌توانند فناوری‌های نانوفوتونیکی جدیدی طراحی کنند که بتوانند نحوه برقراری ارتباط ایمن، شناسایی پاتوژن‌ها یا کنترل واکنش‌های شیمیایی در سطح مولکولی را تغییر دهند.

یکی از نویسندگان مشترک به نام پروفسور آنجلا دمتریادو گفته: «هندسه و خواص نوری محیط، پیامدهای عمیقی بر نحوه ساطع شدن فوتون‌ها دارد، از جمله تعیین شکل، رنگ و حتی میزان احتمال وجود فوتون‌ها.»

دکتر بنجامین یوئن، افزود: «این کار به ما کمک می‌کند درک‌مان را از تبادل انرژی میان نور و ماده افزایش دهیم و در ضمن درک بهتری از نحوه تابش نور به محیط اطراف و دوردست خودش داشته باشیم. بسیاری از این اطلاعات قبلاً فقط نویز تصور می‌شدند، اما الان می‌دانیم اطلاعات زیادی در آن وجود دارد که حالا می‌توانیم آن‌ها را درک کنیم و از آن‌ها استفاده کنیم.»

«با درک این موضوع، ما مبنایی تنظیم کردیم تا بتوانیم تعاملات نور و ماده را برای کاربردهای آینده مهندسی کنیم، مانند حسگرهای بهتر، سلول‌های انرژی فتووُلتائیک بهبودیافته یا محاسبات کوانتومی.»