תורת קוונטים חדשה המסבירה כיצד אור וחומר מתקשרים ביניהן סיפקה גם את התיאור הראשון אי פעם של צורתו של חלקיק אור בודד,.
הבנת ההיבטים הבסיסיים הללו של אינטראקציות פוטון-חומר עשויה לפתוח אפשרויות חדשות בפיזיקה הקוונטית ובמדעי החומר. זה יכול לסלול את הדרך לטכנולוגיות ננו-פוטוניות חדשות ומשופרות, זיהוי פתוגנים או תגובות כימיות מבוקרות.
המחקר הואפורסםב-מכתבי סקירה פיזית.
"הגיאומטריה של הסביבה מגדירה את האינטראקציה של פוטון עם החומר", כותבים המחברים.
"לגיאומטריה ולמאפיינים האופטיים של הסביבה יש השלכות עמוקות על האופן שבו פוטונים נפלטים, כולל הגדרת צורת הפוטונים, הצבע ואפילו מידת הסבירות לקיומם", מוסיפה המחברת אנג'לה דמטריאדו.
החוקרים מאוניברסיטת ברמינגהם חקרו כיצד פוטונים נפלטים על ידי אטומים או מולקולות ומעוצבים על ידי הסביבה שלהם.
הם יצרו מודל תיאורטי אשר מקבץ להגדרות שונות את האפשרויות האינסופיות של האופן שבו אור יכול לקיים אינטראקציה. המודל מתאר את יחסי הגומלין בין הפוטון למקורו, וכן כיצד האנרגיה מהאינטראקציה נעה למרחקים.
פוטונים הם עצמים מכאניים קוונטיים - כלומר ניתן לתאר אותם כגלים או כחלקיקים. אף תיאור כשלעצמו אינו לוכד במלואו את כל המאפיינים של פוטונים וחלקיקים בסיסיים אחרים.
זֶההקשה לקבוע את הצורה המדויקת של חלקיקים תת-אטומיים בודדים.
"החישובים שלנו אפשרו לנו להמיר בעיה שנראית בלתי פתירה למשהו שניתן לחישוב", אומר המחבר הראשון בנג'מין יואן. "וכמעט כתוצר לוואי של המודל, הצלחנו לייצר את התמונה הזו של פוטון, משהו שלא נראה בעבר בפיזיקה."
"עבודה זו עוזרת לנו להגביר את ההבנה שלנו לגבי חילופי האנרגיה בין האור לחומר, ושנית להבין טוב יותר כיצד האור קורן אל סביבתו הקרובה והרחוקה", אומר יואן.
"הרבה מהמידע הזה נחשב בעבר כ'רעש' בלבד - אבל יש בו כל כך הרבה מידע שעכשיו אנחנו יכולים להבין ולהשתמש בו. על ידי הבנה זו, אנו מציבים את היסודות ליכולת להנדס אינטראקציות בין אור לחומר עבור יישומים עתידיים, כגון חיישנים טובים יותר, תאי אנרגיה פוטו-וולטאיים משופרים או מחשוב קוונטי".
וDouble Helix Extra, עם ההמכון האוסטרלי לפיזיקה, מאתגרים את המדענים, הכותבים והמתקשרים בעולם לעזור ללמד ילדים על מדע הקוונטים. גלה כיצד להגיש מועמדות לתחרות.