Jako děravý citron. Vědci poprvé popsali podobu fotonu

Nová teorie, která vysvětluje interakci světla a hmoty na kvantové úrovni, umožnila vědcům poprvé přesně určit tvar jediného fotonu.

Foton je elementární částice, která není složena z jiných částic. Je to kvantum elektromagnetického pole a je považován za základního „nositele“ světla a elektromagnetického záření. Foton je ale v některých ohledech jako duch – nemá hmotnost ani elektrický náboj a pohybuje se ve vakuu rychlostí světla. A přesto má tvar, tvrdí nový výzkum.

Práce fyziků z Birminghamské univerzity, která teď vyšla v odborném časopise Physical Review Letters, zkoumala povahu fotonů. Vědci se pokusili o lepší pochopení jejich chování, zejména toho, jaký vliv na jejich tvar má jejich okolí. Když se mluví o tvaru a dalších vlastnostech, jak je popisuje normální jazyk, je v případě kvantových jevů nutná vždy opatrnost – běžně platná pravidla vesmíru jsou totiž v těchto „sférách“ značně bizarní.

Povaha těchto interakcí vede podle výzkumníků k nekonečným možnostem existence světla a jeho šíření okolním prostředím. Tato neomezená možnost dává světu jeho vzhled: všechno, co kolem sebe vidíme, jsou vlastně jen interakce fotonů s okolím – je to, jako by každou sekundu stovky miliard těchto „duchů“ narážely na každý centimetr čtvereční kolem nás. Ale ona různorodost současně způsobuje, že pro experty je mimořádně obtížné tyto interakce modelovat.

Seskupením těchto možností do samostatných souborů se nicméně birminghamskému týmu podařilo vytvořit model, který popisuje nejen vzájemné působení mezi fotonem a zdrojem světla, ale také to, jak se energie z této interakce šíří dál.

Zároveň se badatelům podařilo pomocí výpočtů vytvořit vizualizaci samotného fotonu.

„Tyto výpočty nám umožnily převést zdánlivě neřešitelný problém na něco, co vypočítat lze. A téměř jako vedlejší produkt modelu jsme byli schopni vytvořit obraz fotonu, což je něco, co ve fyzice dosud nebylo k vidění,“ raduje se hlavní autor studie Benjamin Yuen z Birminghamské univerzity.

Kvantová fyzika mění reálný svět

Práce je podle jejích autorů důležitá, protože otevírá nové cesty výzkumu kvantové fyziky, jež by mohly pomoci hlavně v materiálových vědách. Díky tomu, že jsou výzkumníci schopni přesně popsat, jak foton interaguje s hmotou a s dalšími prvky svého okolí, mohou navrhnout nové nanofotonické technologie, které by mohly například změnit způsob bezpečné komunikace, detekovat patogeny nebo řídit chemické reakce přímo na atomární nebo molekulární úrovni.

Potenciálně to znamená i tak velké projekty, jako je například vylepšení kvantových počítačů.

„Geometrie a optické vlastnosti prostředí mají zásadní dopady na to, jak jsou fotony emitovány, včetně definování jejich tvaru, barvy, a dokonce i toho, jaká je pravděpodobnost jejich existence,“ doplňují autoři nové studie.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

ŽivěPrvní teplotní rekord v pátek padl už před obědem. Čeká se horší horko než ve čtvrtek

Současná vlna veder přináší i v pátek do České republiky vysoké a mnohde rekordní teploty. Kolem poledne už přepsalo teplotní rekord pět stanic, další ho vyrovnala. Meteorologové očekávají, že se teploty budou blížit čtyřiceti stupňům.
před 3 hhodinami

Maďarsko se chystá na úplné odstavení své jediné jaderné elektrárny

Maďarská jaderná elektrárna Paks zatím kvůli nízkému průtoku Dunaje pokračuje v produkci energie zhruba v polovičním objemu, než je běžné. Podle agentury MTI to v pátek uvedl premiér Péter Magyar, který ve čtvrtek avizoval brzkou úplnou odstávku elektrárny. Problémy s výrobou energie kvůli suchu hlásí i Rumunsko. Za současný pokles vody v Dunaji může podle médií kombinace dlouhodobého sucha a letní vlny veder.
před 3 hhodinami

AI od Anthropicu se při testech nabourala do systémů tří firem

Několik týdnů po hackerském útoku modelu umělé inteligence (AI) společnosti OpenAI, vývojáře ChatGPT, její konkurent Anthropic přiznal, že se mu stalo něco podobného. Při testování umělá inteligence Anthropicu neplánovaně vnikla do počítačových systémů tří firem, uvedla na svém blogu společnost. Skutečnost, že se model AI při testu z vlastní iniciativy stal hackerem byla považována za bezprecedentní incident a varovný signál pro technologický průmysl, nyní je však jasné, že to nebyl ojedinělý případ, upozornila agentura DPA.
před 5 hhodinami

Srpen bude teplý, naznačují předpovědi. Jeho začátek přinese tropické noci

Zbytek prázdnin bude dle dostupných předpovědí pokračovat v dosavadních trendech, tedy horku ve dne i v noci. První čtvrtina měsíce přinese pokračování vlny veder s teplotami nad 30 stupňů.
před 6 hhodinami

Dopady silného jevu El Niño by se mohly projevit i v Estonsku

V Tichomoří sílí jev El Niño, který by mohl dosáhnout rekordních hodnot. Vědci varují, že jeho dopady, včetně prudkého růstu globálních teplot, by mohly zasáhnout oblasti daleko za tropickým pásmem.
před 7 hhodinami

Vědci z Česka popsali gen, který pomáhá rostlinám zvládat sucho

Výzkumníci z centra CEITEC Masarykovy univerzity popsali gen, který pomáhá rostlinám odolávat horku, suchu a stresu, který tyto podmínky vyvolávají. Objev by mohl přispět ke šlechtění nových odrůd zemědělských plodin.
před 8 hhodinami

Teplotní rekordy padly ve čtvrtek na mnoha místech Česka. Podívejte se na mapu

Česko zažívá další vlnu mimořádně horkého počasí. V Doksanech na Litoměřicku ve čtvrtek odpoledne naměřili meteorologové 40,1 stupně Celsia. Teplotní rekordy padly na 114 ze 171 stanic. Přes 39 stupňů bylo v Plzni Bolevci, v Plzni na Mikulce a také Rokycanech. V pátek má být ještě o něco tepleji.
včeraAktualizovánopřed 19 hhodinami

Extrémní horka vyžadují výjimečná opatření, říkají experti

Česko se na konci pracovního týdne potýká s mimořádně vysokými teplotami, víkend přinese úlevu s hodnotami „jen“ kolem dvaatřiceti stupňů. Po něm se vedra dle předpovědi opět vrátí. S takto vysokými teplotami lidé v tuzemsku zatím nemají dlouhodobě příliš zkušeností, proto vědci i instituce přicházejí s radami, jak tyto extrémy přežít ve zdraví.
včera v 15:14

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.