驚人的理論意外地揭示了光子的精確形狀

旨在探索光與產生光的材料之間相互作用的計算可能會無意中描述光子的輪廓，以前所未有的細節揭示其形狀。

英國物理學家開發的一個新模型提供了光和物質接觸點的完整量子描述，維護圖片當粒子在混亂的場中變焦時，這種相互作用如何繼續影響粒子。

“我們的計算使我們能夠將看似無法解決的問題轉化為可以計算的問題，”說伯明翰大學理論物理學家 Ben Yuen。

“而且，幾乎作為該模型的副產品，我們能夠生成這張光子圖像，這是物理學中以前從未見過的東西。”

光子的雙重性質挑戰了我們的想像力，無論是在無形海洋中蕩漾的波浪，或是以自身速度極限縮放的無質量物體。

它的存在是一個謎，可以透過機率數學以不可思議的精確度來表示，但沒有方便的類比可以用來描繪我們的形狀、大小和顏色世界中的樣子。

然而光的某些特性可能會轉化為熟悉的東西。在其量子編碼中—被稱為波函數– 謊言規則規定了光子對其環境的影響範圍。

我們所經歷的霓虹燈路標的蒼白光芒或夏日的陽光，都是電磁學語言中原子之間的交換。當電子在軌道上移動時，它們會發出相應的能量單位，即光子。

我們的技術能力的提高這種電磁對話揭示了光穿過物質宇宙的令人難以置信的複雜性。

這趟旅程不再被理解為能量從發射點到目的地的單向通道；相反，它的量子性質它繼續沿著其路徑反饋，物理學家稱之為非馬可夫動態。

“環境的幾何形狀和光學特性對光子的發射方式具有深遠的影響，包括定義光子的形狀、顏色，甚至它存在的可能性，”說伯明翰大學理論物理學家 Angela Demetriadou。

為了更好地理解光子穿越時間和物質的非馬可夫旅行的量子規則，Yuen 和Demetriadou 開發了一種獨特的模型，該模型描述了光在矽奈米粒子中的原子發射後立即接觸的那種開放環境。

他們的基礎理論不僅似乎以前所未有的精度從起點捕獲了光的傳播，而且在“噪音」的相互作用準確地描述了光量子周圍場的強度梯度。

隨著我們對更小、更快、更精確和更靈敏技術的渴望不斷增加，準確預測光子留下的量子足跡的需求將變得越來越重要。

「透過理解這一點，我們為未來的應用設計光與物質的相互作用奠定了基礎，例如更好的感測器、改進的光伏能源電池或,”說元.

這項研究發表於物理評論快報。