Tanec svetla a hmoty

Pri pohľade cez priehľadný materiál sa nám za istých podmienok zmiešavajú dva obrazy. Vidíme, čo sa nachádza vonku za sklom, a súčasne vnímame aj svetlo odrazené zvnútra. Čo sa deje na úrovni fotónov a atómov?

Väčšina z nás má skúsenosť, že pri dopade svetla na látku nastanú tri javy. Časť svetla látka pohltí, časť ňou prejde a časť svetla sa odrazí. Jednotlivé časti môžu byť nulové a závisieť od frekvencie svetla. Vďaka kvantovej fyzike vieme vysvetliť vlastnosti materiálov okolo nás a tiež ich interakcie so svetlom. Ak fotón dopadne na molekulu alebo atóm, tak neprichádza k akejsi mechanickej zrážke, ktorej výsledkom je odrazenie sa fotónu od steny molekúl. Fotón prináša potenciálne kvantum energie a na úrovni kvantovej fyziky sa stretávajú kvantové vlny fotónov svetla a častíc látky. Tie sa pustia do spoločného tanca, ktorý popisuje Schrödingerova rovnica. Výsledkom môže byť, že fotón sa pohltí, ale aj to, že sa odrazí, alebo prejde okolo atómu bez povšimnutia. Najmä ak nie je ten pravý do tanca.

Kolobeh fotónov

Pohltením fotónu sa kvantová vlna života fotónu nekončí. Nepôjdeme teraz do detailov, ale elektromagnetické pole aktívne existuje, aj keď neobsahuje nijaký fotón. Z pohľadu kvantovej fyziky nie je principiálny rozdiel medzi popisom stavu svetla, ktoré má nula fotónov alebo sto fotónov. V oboch prípadoch hovoríme o fotónovej kvantovej vlne, ktorá je aj bez fotónu vždy prítomná a pripravená na zrod fotónov.

Fotón pri pohltení odovzdá časticiam látky svoju energiu. Možno aj viac, ako potrebujú, a nemusí im to vyhovovať. Zbavia sa jej a výsledkom je vyžiarenie fotónu alebo aj fotónov. Tento proces poznáme pod názvom spontánna emisia (samovoľné vyžiarenie). Vyžiarené fotóny môžu mať inú frekvenciu ako pôvodný, ale bežnejšie majú rovnakú.

Autor článku: Mário Ziman
Fyzikálny ústav SAV, v. v. i., v Bratislave
Ilustrácie: Diana Cencer Garafová,
QUTE.sk – Národné centrum pre kvantové technológie