Birmingham Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni bir teori, ilk kez tek bir fotonun kesin şeklini belirlemeyi mümkün kıldı; bu, kuantum fiziği ve malzeme biliminde önemli atılımlara yol açabilir. Physical Review Letters’da yayınlanan araştırma, fotonların doğası ve maddeyle etkileşimleri hakkında benzeri görülmemiş düzeyde ayrıntılar sağlıyor.
Işığın bireysel parçacıkları olan fotonlar, sonsuz sayıda varoluş ve yayılma olasılığına sahip olabilir, bu da onların maddeyle etkileşimlerinin modellenmesini son derece zorlaştırır. Ancak Birmingham ekibi, bu yetenekleri birleştirerek yalnızca bir foton ve bir yayıcı arasındaki etkileşimi değil, aynı zamanda bu etkileşimden kaynaklanan enerjinin uzak “uzak alana” nasıl yayıldığını da açıklayan bir model oluşturmayı başardı.
Araştırmanın başyazarı Dr. Benjamin Yuen şöyle açıkladı: “Hesaplamalarımız, görünüşte çözülmesi zor bir sorunu hesaplanabilir bir şeye dönüştürdü. Ve neredeyse modelin bir yan ürünü olarak, fizikte daha önce hiç yapılmamış olan bu fotonun görüntüsünü yaratmayı başardık.”
Bu çalışma önemlidir çünkü kuantum fizikçileri ve malzeme bilimi için yeni araştırma yönelimlerinin önünü açmaktadır. Bir fotonun çevresindeki madde ve diğer elementlerle nasıl etkileşime girdiğini kesin olarak belirleme yeteneği sayesinde bilim adamları, patojenleri tespit etme veya kimyasal reaksiyonları moleküler düzeyde kontrol etme şeklimizi değiştirebilecek yeni nanofotonik teknolojiler geliştirebilirler.
Çalışmanın ortak yazarı Profesör Angela Demetriadou şunları söyledi: “Çevrenin geometrisi ve optik özellikleri, fotonların şeklinin, renginin ve hatta var olma olasılığının belirlenmesi de dahil olmak üzere, fotonların nasıl yayıldığı üzerinde derin bir etkiye sahiptir.”
Dr Benjamin Ewan şunları ekledi: “Bu çalışma, ışık ve madde arasındaki enerji alışverişine ilişkin anlayışımızı genişletmemize ve ikinci olarak ışığın yakın ve uzak çevreye nasıl yayıldığını daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor. Daha önce bu bilgilerin çoğu sadece gürültü olarak kabul ediliyordu, ancak artık içinde o kadar çok bilgi var ki, onu anlamlandırabiliyor ve kullanabiliyoruz.”
Işık ve maddenin kuantum düzeyindeki etkileşimini anlamak, daha iyi sensörlerin, gelişmiş fotovoltaiklerin veya kuantum hesaplamanın geliştirilmesine yol açabilir.
