Zapanjujuće! Naučnici su upravo stvorili prvu sliku FOTONA, morate videti kako to izgleda

Istraživači u Birmingemu stvorili su prvu sliku fotona, čestične svetlosti u obliku limuna, emitovane s površine nanočestice. Teorija koja je omogućila ovu sliku, objavljena 14. novembra u časopisu Physical Review Letters, omogućava naučnicima da izračunaju i razumeju različite osobine ovih kvantnih čestica, što bi moglo otvoriti niz novih mogućnosti u oblastima poput kvantnog računarstva, fotonaponskih uređaja i veštačke fotosinteze.

Kvantno ponašanje svetlosti je dobro poznato, posle više od 100 godina eksperimenata koji pokazuju da ona može postojati i kao talas i kao čestica. Međutim, naše osnovno razumevanje ove kvantne prirode je i dalje ograničeno, a znanje o tome kako se fotoni stvaraju, emituju i menjaju kroz prostor i vreme je još u povoju.

Preporučujemo

- Želimo da razumemo ove procese  - izjavio je prvi autor Ben Jun, istraživač na Univerzitetu u Birmingemu, u mejlu za Live Science. - Kako svetlost i materija zaista međusobno deluju na ovom nivou?

Sliku fotona možete pogledati ovde.

Međutim, sama priroda svetlosti čini odgovor na ovo pitanje gotovo beskonačno složenim. - Možemo zamisliti foton kao osnovnu ekscitaciju elektromagnetnog polja - objasnio je Jun. Ta polja su kontinuum različitih frekvencija, od kojih svaka može postati ekscitirana. - Možete podeliti kontinuum na manje delove, ali između bilo koje dve tačke postoji beskonačan broj mogućih tačaka koje možete odabrati - dodao je.

Zbog toga svojstva fotona u velikoj meri zavise od svojstava njegove okoline, što dovodi do neverovatno složenih matematičkih proračuna. - Na prvi pogled, morali bismo zapisati i rešiti beskonačan broj jednačina da bismo došli do odgovora - rekao je Jun.

Da bi rešili ovaj naizgled nemoguć zadatak, Jun i koautorka prof. Angela Demetriadou, profesorka teorijske nanofotonike na Univerzitetu u Birmingemu, koristili su pametan matematički trik kako bi značajno pojednostavili jednačine.

Uvođenje imaginarnih brojeva moćan je alat za rešavanje složenih jednačina. Manipulacija ovim imaginarnim komponentama omogućava da se mnogi teški članovi jednačina međusobno ponište. Pod uslovom da se svi imaginarni brojevi konvertuju nazad u realne pre dobijanja rešenja, ostaje mnogo jednostavniji proračun.

- Transformisali smo taj kontinuum realnih frekvencija u diskretan skup kompleksnih frekvencija - objasnio je Jun. - Na taj način pojednostavljujemo jednačine iz kontinuuma u diskretan skup koji možemo obraditi. To možemo uneti u računar i rešiti.

Tim je koristio ove nove proračune kako bi modelovao svojstva fotona emitovanog s površine nanočestice, opisujući interakcije sa emiterom i način na koji se foton širio od izvora. Na osnovu tih rezultata, tim je generisao prvu sliku fotona, čestične svetlosti u obliku limuna, što do sada nije viđeno u fizici.

Jun je naglasio da je ovo samo oblik fotona generisan pod ovim specifičnim uslovima. - Oblik se potpuno menja sa okolinom - rekao je. - To je zapravo ključ nanofotonike — oblikovanjem okoline, možemo oblikovati i sam foton.

Proračuni tima pružaju osnovni uvid u osobine ove kvantne čestice — znanje za koje Jun veruje da će otvoriti nove pravce istraživanja za fizičare, hemičare i biologe.

- Možemo razmišljati o optoelektronskim uređajima, fotohemiji, prikupljanju svetlosti i fotonaponima, razumevanju fotosinteze, biosenzorima i kvantnoj komunikaciji - rekao je Jun. - A biće i mnoštvo nepoznatih primena. Ovim fundamentalnim teorijskim istraživanjem otvaraju se nove mogućnosti u drugim oblastima.

(Telegraf Nauka/Live Science)