Anglická šťastná náhoda

Fyzikom z Univerzity v Birminghame sa podarilo vytvoriť ako vedľajší produkt inej štúdie matematicky presnú vizualizáciu tvaru fotónu.

Fotón (z gréckeho fos, svetlo) je elementárna častica a predstavuje kvantum elektromagnetického poľa. Fotón má nulovú pokojovú hmotnosť a šíri sa rýchlosťou svetla. Má časticové aj vlnové vlastnosti, ale nie je ani vlnou, ani časticou. Hádam najkurióznejšou vlastnosťou fotónov je to, že ich nevidíme, ale všetko, čo okolo vidíme my, by sme bez nich nevideli. Fotóny nám umožňujú vidieť, a to našimi očami aj objektívmi kamier.

Tieto častice síce nemožno vyfotografovať, ale fyzici na univerzite v anglickom Birminghame nedávno vypočítali ich vlnovú funkciu, čo umožnilo vytvoriť presnú snímku fotónu v okamihu jeho emisie. Keď fotóny dopadnú na sietnicu alebo snímač kamery, prinesú informáciu o zdroji, ktorý ich emitoval alebo sa od nich po ceste odrazil. To umožní nášmu mozgu alebo kamere skonštruovať obraz fotónu. Treba však dodať, že fotóny nikdy nemôžu zobraziť iné fotóny. Je to preto, lebo fotóny medzi sebou nemôžu interagovať.

Silueta svetla

Ďalším krokom birminghamských fyzikov bolo vytvorenie matematicky presnej vizualizácie tvaru fotónu. Táto vizualizácia je presnou simuláciou fotónu emitovaného atómom na povrchu nanočastice, vysvetlil Ben Yuen, jeden z autorov článku, ktorý bol uverejnený v odbornom časopise Physical Review Letters. Ako ďalej povedal B. Yuen, tvar fotónu je značne ovplyvnený nanočasticou, čím je tisícnásobne pravdepodobnejšie, že fotón bude emitovaný, a ešte to aj umožňuje, že bude viacnásobne reabsorbovaný atómom. Pojem tvar fotónu je komplikované vysvetliť, pretože to neznamená to isté ako tvar bežného reálneho objektu. Namiesto toho je to distribúcia (rozloženie) intenzity – v podstate mapa, ktorá ukazuje, kde by sme mohli predpokladať výskyt fotónu v určitom časovom okamihu. Jasnejšie oblasti naznačujú vyššiu šancu výskytu fotónu pri meraní jeho miesta výskytu.
Za jednu z najväčších záhad kvantovej mechaniky považuje B. Yuen skutočnosť, že ešte pred detegovaním fotónu všetky podrobné informácie o tejto distribúcii intenzity už existujú vo forme tzv. vlnovej funkcie. To je presne to, čo sme chceli vypočítať – a podarilo sa nám to ako úplne prvým. Natíska sa otázka, prečo počas dlhej histórie štúdia fotónov neboli vedci schopní vytvoriť takýto typ obrázka. B. Yuen a spoluautorka článku Angela Demetriadou sa vyjadrili, že sa o to aktívne nesnažili – prišlo to ako vedľajší produkt všeobecnejšej štúdie.

Autor článku: RM