AILINCOM logo AILINCOM
Учёные впервые визуализировали форму фотона
Cursus

Cursus

May 20, 2025
Основная категория
Research and development · Biotechnology

Учёные впервые визуализировали форму фотона

Учёные впервые визуализировали форму фотона

Физики из Бирмингема рассчитали волновую функцию и создали первую точную визуализацию фотона, что открывает новые горизонты для квантовых технологий и солнечной энергетики.

CursusУчёные впервые визуализировали форму фотона

Впервые учёным удалось создать прямую визуализацию формы фотона. Фотоны — частицы света — невозможно сфотографировать привычным способом, но физики из Университета Бирмингема рассчитали их волновую функцию и получили точное изображение фотона в момент его излучения.

Именно фотоны позволяют нам видеть — когда они достигают сетчатки глаза или сенсора камеры, они несут информацию о своём источнике или об объектах, от которых отразились. Но фотоны не могут фиксировать друг друга, так как не взаимодействуют между собой. Теперь учёные нашли способ сделать следующее лучшее: математически точно визуализировать форму фотона. «Мы получили точную симуляцию фотона, испускаемого атомом на поверхности наночастицы», — рассказал New Atlas соавтор Бен Юэн. — «Форма фотона сильно зависит от наночастицы: она увеличивает вероятность излучения в тысячи раз и даже позволяет атому повторно поглощать этот фотон несколько раз».

Говоря о «форме» фотона, речь идёт не о привычном контуре объекта, а о распределении интенсивности — по сути, это карта вероятности обнаружить фотон в определённой точке пространства в заданный момент времени. Яркие области на такой карте указывают на места, где вероятность обнаружить фотон выше.

«Визуализация — это именно такое распределение фотона вскоре после его испускания», — объясняет Юэн. — «Поскольку фотон — квантовая частица, нельзя измерить его положение единожды, не уничтожив его. Но если повторять измерения множество раз, получится именно такое распределение».

Одна из поразительных особенностей квантовой механики в том, что ещё до обнаружения фотона вся детализация этого распределения содержится в его волновой функции — и именно её впервые удалось рассчитать.

Почему такую визуализацию не сделали раньше? Оказывается, Юэн и его соавтор Анжела Деметриаду изначально не ставили такую цель — это оказалось побочным продуктом общего исследования.

«Мы хотели ответить на фундаментальный вопрос: как фотоны реально испускаются атомами и молекулами, и как влияет на этот процесс их окружение?» — говорит Юэн. Раньше физики могли смоделировать это только для одиночного атома или молекулы в идеальном вакууме. Но давно известно, что окружающая среда серьёзно влияет на процесс, и ни одна теория не могла учесть все детали.

Чтобы решить задачу, команда разработала версию квантовой теории поля, учитывающую взаимодействие фотонов с кремниевой наночастицей. Проблема была в том, что существует бесконечно много способов, как наночастица может взаимодействовать с непрерывным спектром света. К счастью, исследователи нашли способ упростить задачу.

«Мы использовали раздел математики, называемый комплексным анализом, чтобы преобразовать задачу из непрерывного множества на вещественных числах в дискретное на комплексных», — поясняет Юэн. — «Хотя звучит сложно, это сильно упростило расчёты, позволив представить взаимодействие всего с несколькими сотнями отдельных “комплексных” мод свет».

Этот подход и позволил впервые создать визуализацию формы фотона.

«Удивительно, но когда мы это сделали, из теории “выпали” такие детали, как точная форма распространения света и ожидаемое распределение интенсивности фотонов», — заключает Юэн.

Исследователи отмечают, что их работа значительно продвигает вперёд понимание взаимодействия света и вещества. Это открытие может найти применение в таких областях, как солнечная энергетика, квантовые вычисления и сенсорные технологии.

0 —

Comments (0)

Hot

Qnap has announced new NAS devices for video production

Oct 2, 202610/2/26 · 0 reactions

Tesla opened credit lines worth $30 billion

Oct 2, 202610/2/26 · 0 reactions

Air travel is on the rise, but new regulations are making the market more complicated.

Oct 1, 202610/1/26 · 0 reactions
Recommended
Cloud Computing

Qnap has announced new NAS devices for video production

Qnap has introduced three new NAS systems designed for video production tasks, equipped with USB4 ports for high-speed data transfer. These devices support various connection modes and are intended for use with high-capacity hard drives and SSDs.

Financial Analysis

Tesla opened credit lines worth $30 billion

Tesla has opened credit lines totaling $30 billion to finance major investments amid declining profits and rising capital expenditures. The new agreement expands the company's financial flexibility as it faces increasing pressure on its business.

Transportation Logistics

Air travel is on the rise, but new regulations are making the market more complicated.

Air transportation is becoming an increasingly important part of logistics, especially amid the instability of sea shipping. However, new regulations for preparing air waybills are creating additional challenges and risks for market participants.