חוקרים מאוניברסיטת ברמינגהם, בריטניה, פיתחו מודל מחשב מסקרן כדי להבין את האינטרקציה בין אור וחומר. זה קשה במיוחד, אבל הצוות הצליח לפתח אסטרטגיה כדי לפשט את הבעיה. בכך הם גם הצליחו ליצור משהו מוזר: תמונה המייצגת את הצורה המדויקת של פוטון בודד.
פוטון הוא חלקיק אור. אור (וחומר) קיים גם כחלקיק וגם כגל. גילוי הדואליות הזו היה הפתרון לאלפי שנים של מחלוקות, כאשר התברר מניסויים שאור אכן מתפשט כגל, אך ניתן לתאר אותו גם על ידי מנות אנרגיה ברורות, שזה מה שאנו מכנים פוטונים.
האינטראקציה בין פוטונים בודדים לחומר חשובה מאד במכניקת הקוונטים. היא מניעה שורה של מנגנונים שונים - חלקם בסיסיים לטכנולוגיות רבות שאנו מקיימים איתן אינטראקציה מדי יום. הבנת האינטראקציה הייתה משימה מונומנטלית. לאור המתפשט דרך הסביבה יש אפשרויות בלתי מוגבלות לאינטראקציה.
הצוות לקח את הטווח הרציף של האפשרויות ופישט אותו על ידי יצירת קבוצה דיסקרטית. בדרך זו הם הצליחו לדמות את האינטראקציה בין פולט לפוטון, כמו גם את הדרך שבה הפוטון נע לשדה רחוק ומרוחק. החישובים איפשרו גם הבנה גרפית של צורתו של פוטון.
"החישובים שלנו אפשרו לנו להמיר בעיה שנראית בלתי פתירה למשהו שניתן לחישוב. וכמעט כתוצר לוואי של המודל, הצלחנו לייצר את התמונה הזו של פוטון, משהו שלא נראה בעבר בפיזיקה", אמר המחבר הראשי ד"ר בנג'מין יואן (Benjamin Yuen) בהצהרה.
לעבודה תיאורטית זו יש יישומים בכמה תחומים, מפיזיקה ועד מדעי החומרים. טכנולוגיות הדורשות אינטראקציות בין אור לחומר, מטלקומוניקציה ועד מכשירים רפואיים באמצעות בקרת תגובה כימית ברמה מולקולרית, יכולות להפיק תועלת מהידע כיצד הן מתרחשות.
"לגיאומטריה ולמאפיינים האופטיים של הסביבה יש השלכות עמוקות על האופן שבו פוטונים נפלטים, כולל הגדרת צורת הפוטונים, צבעם ואפילו מידת הסבירות לקיומם", הסבירה מחברת-שותפה פרופסור אנג'לה דמטריאדו (Angela Demetriadou).
"עבודה זו עוזרת לנו להרחיב את ההבנה שלנו לגבי חילופי האנרגיה בין האור לחומר, ושנית להבין טוב יותר כיצד האור מקרין אל סביבתו הקרובה והרחוקה. 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", סיכם ד"ר יואן.
מקורות:
קטעים מ- Shape Of A Single Photon Revealed For First Time Thanks To New Computer Model מאת IFLScience שנכתב ע"י: Dr. Alfredo Carpineti.
קטעים מ- Scientists Say They've Discovered the Shape of Individual Photons מאת futurism שנכתב ע"י: Frank Landymore.
קטעים מ- New theory reveals the shape of a single photon מאת phys.org שנכתב ע"י: University of Birmingham.
Comments