Bilim insanları, fotonun daha önce hiç tanımlanmamış olan kesin şekli üzerinde devrim niteliğinde bir keşfe imza attı. Bu yeni kuantum teorisi, fotonların atomlar ve çevreleriyle etkileşimini inceleyerek, ışığın ve maddelerin kuantum seviyesinde nasıl etkileştiğini daha ayrıntılı bir şekilde tanımlıyor. Kuantum seviyesinde ışık ve madde arasındaki etkileşimi açıklayan yeni bir teori, araştırmacıların tek bir fotonun tam şeklini tanımlamalarını mümkün kıldı. Birmingham Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, Physical Review Letters dergisinde yayımlanan çalışmalarında, fotonların (ışık parçacıkları) doğasını şimdiye kadar görülmemiş bir ayrıntıyla inceleyerek, atomlar veya moleküller tarafından nasıl yayıldığını ve çevrelerinden nasıl etkilendiğini gözler önüne serdi.
Fotonlarla ilgili yapılan bu araştırma, ışığın çevresiyle olan etkileşiminin sonsuz olasılıklar yaratabileceğini ortaya koyuyor. Ancak bu büyük potansiyel, etkileşimleri modellemeyi son derece zorlaştıran bir zorluk sunuyor. Kuantum fizikçileri bu sorunu yıllardır çözmeye çalışıyor. Birmingham Üniversitesi’nden araştırma ekibi, bu sonsuz olasılıkları belirli kümelere ayırarak bir model geliştirdi. Bu model, yalnızca foton ile yayıcı arasındaki etkileşimleri değil, aynı zamanda bu etkileşimin enerjisinin uzak alanlara nasıl yayıldığını da tanımlıyor.
Fotonların Görselleştirilmesi
Birmingham Üniversitesi’ndeki bilim insanları, bu modelin bir yan ürünü olarak, fotonları görselleştirmeyi de başardılar. Fotonların şekli, daha önce hiç gözlemlenmemiş bir biçimde görselleştirildi.
Birmingham Üniversitesi Fizik ve Astronomi Okulu’ndan Dr. Benjamin Yuen, bu başarıyı şöyle açıkladı: “Hesaplamalarımız, başlangıçta çözümsüz görünen bir sorunu hesaplanabilir bir hale getirmemize imkan verdi. Modelin bir yan ürünü olarak fotonun görselleştirmesini ürettik ve bu, fizik dünyasında daha önce görülmemiş bir şey.”
Yeni Teknolojik Ufuklar Açılıyor
Bu çalışma, kuantum fizikçileri ve malzeme bilimcileri için yeni araştırma fırsatları sunuyor. Fotonların maddeyle ve çevresindeki diğer öğelerle nasıl etkileştiğini tam olarak tanımlayabilmek, bilim insanlarının yeni nanofotonik teknolojiler geliştirmesine olanak tanıyabilir. Bu teknolojiler güvenli iletişim yöntemlerini, patojen tespiti gibi alanları ve moleküler düzeyde kimyasal reaksiyonları kontrol etme yollarını değiştirebilir.
Ortak yazar Profesör Angela Demetriadou, “Ortamın geometrisi ve optik özellikleri, fotonların şekli, rengi ve var olma olasılığı üzerinde büyük bir etki yaratır,” diyerek, çevrenin foton üzerindeki etkisini vurguladı. Dr. Yuen de bu araştırmanın ışık ve madde arasındaki enerji alışverişini anlamamıza yardımcı olacağını ve aynı zamanda ışığın çevresine nasıl yayıldığını daha iyi anlamamızı sağlayacağını ifade etti.
Dr. Benjamin Yuen: “Bu çalışma, ışık ve madde arasındaki enerji alışverişini daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor. Aynı zamanda, ışığın çevresindeki yakın ve uzak alanlara nasıl yayıldığını anlamamıza olanak sağladı. Önceden sadece ‘gürültü’ olarak kabul edilen bu bilgilerin içindeki değerli veriyi şimdi anlamlandırabiliyoruz. Bu anlayış, gelecekteki uygulamalar için ışık-madde etkileşimlerini mühendislik yoluyla şekillendirmemiz için bir temel oluşturuyor. Örneğin, daha iyi sensörler, gelişmiş fotovoltaik hücreler veya kuantum bilgisayarlar için potansiyel taşıyor.”
Kaynak
https://www.birmingham.ac.uk/news/2024/new-theory-reveals-the-shape-of-a-single-photon
https://scitechdaily.com/quantum-leap-scientists-reveal-the-shape-of-a-single-photon-for-the-first-time/
