«Геометрія та оптичні властивості середовища мають глибокий вплив на те, як випромінюються фотони, включаючи визначення форми фотонів, кольору і навіть ймовірності їх існування», — сказала професорка Університету Бірмінгема Анджела Деметріаду.
Нова робота групи, яка була опублікована у журналі Physical Review Letters, показує, як фотони випускаються атомами чи молекулами та формуються їх оточенням.
Природа цієї взаємодії призводить до нескінченних можливостей існування та поширення світла чи переміщення через середовища.
Однак ця безмежна можливість робить взаємодії виключно складними для моделювання та є проблемою, над розв'язанням якої квантові фізики працюють уже кілька десятиліть.
Групуючи ці можливості в окремі набори, автори змогли створити модель, яка описує як взаємодії між фотоном і випромінювачем, а й те, як енергія цієї взаємодії поширюється у віддалене оточення.
Водночас вони змогли використати свої обчислення для візуалізації фотона.
"Наші обчислення дозволили нам перетворити, здавалося б, нерозв'язне завдання на щось, що можна обчислити", - сказав доктор Бенджамін Юен з Бірмінгемського університету.
"І, майже як побічний продукт моделі, ми змогли створити це зображення фотона, чого раніше не було у фізиці".
Робота важлива, тому що вона відкриває нові напрямки досліджень для квантових фізиків та матеріалознавства.
Маючи можливість точно визначити, як фотон взаємодіє з матерією та іншими елементами свого середовища, вчені можуть розробляти нові нанофотонні технології, які можуть змінити спосіб нашої безпечної комунікації, виявляти патогени або контролювати хімічні реакції на молекулярному рівні, наприклад.
"Ця робота допомагає нам розширити наше розуміння обміну енергією між світлом і матерією, а по-друге, краще зрозуміти, як світло випромінюється у своє близьке та віддалене оточення", — сказав доктор Юен.
«Раніше багато цих даних вважалися просто шумом, але тепер у них так багато інформації, яку ми можемо зрозуміти й використовувати».
«Розуміючи це, ми закладаємо основи для проєктування взаємодій світла та матерії для майбутніх додатків, таких як досконаліші датчики, удосконалені фотоелектричні елементи чи квантові обчислення».
