محققان بر اساس نظریه‌ای که روابط نور و ماده در سطح کوانتوم را توضیح می‌دهد، برای اولین بار موفق شدند اولین تصویر از یک فوتون که شکل دقیق آن را نشان می‌دهد شبیه‌سازی کنند.
تحقیقات دانشگاه بیرمنگام که در Physical Review Letters منتشر شده، جزئیات بی‌سابقه‌ای از طبیعت فوتون‌ها (ذرات انفرادی نور) را بررسی می‌کند تا نشان دهد چگونه آن‌ها توسط اتم‌ها یا مولکول‌ها ساطع شده و توسط محیط‌شان شکل می‌گیرند.
طبیعت این تعامل به امکانات نامحدودی برای وجود و انتشار یا سفر نور از طریق محیط اطرافش منجر می‌شود. با این حال، این امکانات بی‌پایان، تعاملات را برای مدل‌سازی بسیار دشوار می‌کند. این چالشی است که فیزیکدانان کوانتومی برای چندین دهه در تلاش برای حل آن بوده‌اند.
با گروه‌بندی این امکانات در مجموعه‌های متمایز، تیم بیرمنگام توانستند مدلی تولید کنند که نه تنها تعاملات بین فوتون و فرستنده را توصیف می‌کند، بلکه نحوه انتقال انرژی از آن تعامل به «میدان دور» دوردست را نیز توصیف می‌کند.
در عین حال، آن‌ها توانستند از محاسبات خود برای تولید تصویری از خود فوتون استفاده کنند.
نویسنده اول، دکتر بنجامین یوئن، در دانشکده فیزیک بیرمنگام، توضیح داد: «محاسبات ما به ما امکان داد تا مشکلی که به نظر نامحلول می‌آمد را به چیزی قابل محاسبه تبدیل کنیم. و، تقریباً به عنوان یک فراورده جانبی از مدل، ما توانستیم این تصویر از یک فوتون را تولید کنیم، چیزی که پیش از این در فیزیک دیده نشده بود.»
این کار اهمیت دارد زیرا مسیرهای جدیدی از تحقیقات را برای فیزیکدانان کوانتومی و علم مواد باز می‌کند. با توانایی تعریف دقیق نحوه تعامل فوتون با ماده و سایر عناصر محیطش، دانشمندان می‌توانند فناوری‌های نانوفوتونیک جدیدی طراحی کنند که می‌تواند نحوه ارتباطات امن ما، تشخیص عوامل بیماری‌زا، یا کنترل واکنش‌های شیمیایی در سطح مولکولی را تغییر دهد.
همکار نویسنده، پروفسور آنجلا دمتریادو، که او نیز در دانشگاه بیرمنگام است، گفت:
هندسه و خواص نوری محیط تأثیرات عمیقی بر نحوه تابش فوتون‌ها دارد، از جمله تعریف شکل، رنگ و حتی احتمال وجود آن‌ها.
دکتر بنجامین یوئن افزود: «این کار به ما کمک می‌کند تا درک خود را از تبادل انرژی بین نور و ماده افزایش دهیم و دوم اینکه بهتر درک کنیم نور چگونه به محیط‌های نزدیک و دور خود می‌تابد. بسیاری از این اطلاعات پیش از این تنها به عنوان ‘نویز’ در نظر گرفته می‌شد—اما اکنون می‌توانیم از اطلاعات درون آن معنا بیابیم و از آن استفاده کنیم.»
با درک این موضوع، ما پایه‌هایی را برای مهندسی تعاملات نور-ماده برای کاربردهای آینده مانند سنسورهای بهتر، سلول‌های انرژی خورشیدی بهبود یافته یا محاسبات کوانتومی بنا می‌نهیم.
اولین تصویر از یک فوتون (ذره نور) همین است که در زیر میبینید:
source