19 نوامبر 2024 – توسط دانشگاه بیرمنگام-یک نظریه جدید که چگونگی برهمکنش نور و ماده در سطح کوانتومی را توضیح می دهد، محققان را قادر ساخت تا برای اولین بار شکل دقیق یک فوتون را تعریف کنند. اعتبار: دکتر بنجامین یوئن
یک نظریه جدید که چگونگی برهمکنش نور و ماده در سطح کوانتومی را توضیح می دهد، محققان را قادر می سازد تا برای اولین بار شکل دقیق یک فوتون را تعریف کنند.
پژوهشی در دانشگاه بیرمنگام که در Physical Review Letters منتشر شده است، ماهیت فوتون ها (ذرات منفرد نور) را با جزئیات بی سابقه ای بررسی می کند تا نشان دهد چگونه آنها توسط اتم ها یا مولکول ها گسیل می شوند و توسط محیطشان شکل می گیرند.
ماهیت این فعل و انفعال منجر به امکانات بی نهایتی برای وجود نور و انتشار یا سفر در محیط اطراف می شود. با این حال، این امکان بی حد و حصر، مدل‌سازی برهم‌کنش‌ها را بسیار سخت می‌کند، و چالشی است که فیزیکدانان کوانتومی برای چندین دهه برای حل آن تلاش کرده‌اند.
با گروه بندی این احتمالات در مجموعه های مجزا، تیم بیرمنگام توانستند مدلی تولید کنند که نه تنها برهمکنش های بین فوتون و تابشگر را توصیف می کند، بلکه نحوه انتقال انرژی حاصل از آن تعامل به “میدان دور” دوردست را نیز توصیف می کند.در همان زمان، آنها توانستند از محاسبات خود برای ایجاد تصویری از خود فوتون استفاده کنند.
نویسنده اول، دکتر بنجامین یوئن، در دانشکده فیزیک دانشگاه، توضیح داد: “محاسبات ما را قادر ساخت تا یک مسئله به ظاهر غیرقابل حل را به چیزی قابل محاسبه تبدیل کنیم. و تقریباً به عنوان محصول فرعی مدل، ما توانستیم این را تولید کنیم تصویری از یک فوتون، چیزی که قبلاً در فیزیک دیده نشده بود.”
این کار به این دلیل مهم است که راه های جدیدی برای تحقیق برای فیزیکدانان کوانتومی و علم مواد باز می کند. دانشمندان با توانایی تعریف دقیق نحوه تعامل یک فوتون با ماده و سایر عناصر محیط خود، می‌توانند فناوری‌های نانوفوتونیکی جدیدی طراحی کنند که می‌تواند نحوه برقراری ارتباط ایمن، شناسایی پاتوژن‌ها یا کنترل واکنش‌های شیمیایی در سطح مولکولی را تغییر دهد.
یکی از نویسندگان، پروفسور آنجلا دمتریادو، همچنین در دانشگاه بیرمنگام، گفت: “هندسه و خواص نوری محیط، پیامدهای عمیقی بر نحوه گسیل شدن فوتون ها دارد، از جمله تعیین شکل، رنگ فوتون ها و حتی میزان احتمال آن. وجود داشته باشد.”
دکتر بنجامین یوئن، افزود: “این کار به ما کمک می کند تا درک خود را از تبادل انرژی بین نور و ماده افزایش دهیم، و ثانیاً درک بهتری از نحوه تابش نور به محیط اطراف و دوردست خود داشته باشیم. بسیاری از این اطلاعات قبلاً به عنوان تصور می شد. فقط “نویز” – اما اطلاعات زیادی در آن وجود دارد که اکنون می‌توانیم از آنها استفاده کنیم و از آنها استفاده کنیم.
با درک این موضوع، پایه‌هایی را تنظیم کردیم تا بتوانیم تعاملات نور-ماده را برای کاربردهای آینده مهندسی کنیم، مانند حسگرهای بهتر، سلول‌های انرژی فتوولتائیک بهبودیافته، یا محاسبات کوانتومی.
