ทฤษฎีอันน่าทึ่งเผยให้เห็นรูปร่างที่แม่นยำของโฟตอนโดยไม่ได้ตั้งใจ

การคำนวณที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อดูปฏิกิริยาระหว่างแสงกับวัสดุที่ทำให้เกิดแสงอาจอธิบายโครงร่างของโฟตอนโดยไม่ได้ตั้งใจ โดยเผยให้เห็นรูปร่างของมันในรายละเอียดที่ไม่เคยปรากฏมาก่อน

แบบจำลองใหม่ที่พัฒนาโดยนักฟิสิกส์ในสหราชอาณาจักร ให้คำอธิบายควอนตัมที่สมบูรณ์ของจุดที่แสงและสสารมีส่วนร่วมรักษาภาพว่าปฏิสัมพันธ์นั้นยังคงส่งผลต่ออนุภาคอย่างไรในขณะที่มันซูมผ่านเขตข้อมูลที่ยุ่งเหยิง

"การคำนวณของเราช่วยให้เราสามารถแปลงปัญหาที่ดูเหมือนจะแก้ไขไม่ได้ให้เป็นสิ่งที่สามารถคำนวณได้"พูดว่านักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี เบน หยวน แห่งมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม

“และเกือบจะเป็นผลพลอยได้จากแบบจำลองนี้ เราสามารถสร้างภาพโฟตอนได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เคยเห็นมาก่อนในฟิสิกส์”

ทั้งคลื่นที่กระเพื่อมผ่านมหาสมุทรที่จับต้องไม่ได้ และวัตถุไร้มวลที่เคลื่อนตัวด้วยความเร็วจำกัด ธรรมชาติของโฟตอนท้าทายจินตนาการของเรา

การดำรงอยู่ของมันคือปริศนา ซึ่งเป็นสิ่งที่สามารถแสดงได้อย่างแม่นยำอย่างน่าประหลาดด้วยคณิตศาสตร์ของความน่าจะเป็น แต่ไม่มีการเปรียบเทียบที่สะดวกที่เราสามารถใช้เพื่อวาดภาพว่าสิ่งนั้นอาจมีหน้าตาเป็นอย่างไรในโลกของรูปร่าง ขนาด และสีของเรา

แต่คุณสมบัติของแสงบางอย่างอาจแปลเป็นสิ่งที่คุ้นเคยได้ ภายในการเข้ารหัสควอนตัม – รู้จักกันในชื่อของมันฟังก์ชั่นคลื่น– กฎโกหกที่กำหนดขอบเขตอิทธิพลของโฟตอนที่มีต่อสิ่งแวดล้อม

สิ่งที่เราสัมผัสได้จากแสงสีซีดของป้ายถนนนีออนหรือแสงแดดในวันฤดูร้อนคือการแลกเปลี่ยนระหว่างอะตอมในภาษาของแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในวงโคจร พวกมันจะตะโกนเป็นหน่วยพลังงานที่เรียกว่าโฟตอน

การปรับปรุงความสามารถทางเทคโนโลยีของเราในการการสนทนาทางแม่เหล็กไฟฟ้านี้ได้เผยให้เห็นถึงความซับซ้อนอันเหลือเชื่อในการผ่านของแสงผ่านจักรวาลวัตถุ

การเดินทางครั้งนี้ไม่สามารถเข้าใจได้อีกต่อไปว่าเป็นการผ่านพลังงานทางเดียวจากจุดที่ปล่อยไปยังจุดหมายปลายทาง ค่อนข้างจะเป็นธรรมชาติของควอนตัมที่ยังคงป้อนกลับตามเส้นทางของมัน ในสิ่งที่นักฟิสิกส์เรียกว่าไดนามิกที่ไม่ใช่มาร์โคเวียน-

"เรขาคณิตและคุณสมบัติทางแสงของสภาพแวดล้อมมีผลกระทบอย่างมากต่อวิธีการปล่อยโฟตอน รวมถึงการกำหนดรูปร่าง สี และแม้กระทั่งความเป็นไปได้ที่โฟตอนจะดำรงอยู่"พูดว่าAngela Demetriadou นักฟิสิกส์ทฤษฎีแห่งมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม

เพื่อให้เข้าใจกฎควอนตัมเหล่านี้ได้ดีขึ้นของการเดินทางที่ไม่ใช่มาร์โคเวียนของโฟตอนในช่วงเวลาและสสาร Yuen และ Demetriadou ได้พัฒนาแบบจำลองเฉพาะที่อธิบายว่าแสงสภาพแวดล้อมแบบเปิดจะมีส่วนร่วมทันทีหลังจากถูกปล่อยออกมาโดยอะตอมในอนุภาคนาโนของซิลิคอน

ทฤษฎีพื้นฐานไม่เพียงแต่ดูเหมือนจะจับการแพร่กระจายของแสงจากจุดเริ่มต้นด้วยความแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน แต่ยังพบคำจำกัดความใน "เสียงรบกวน" ของอันตรกิริยาที่อธิบายการไล่ระดับความเข้มของสนามโดยรอบควอนตัมแสงได้อย่างแม่นยำ

เมื่อความปรารถนาของเราสำหรับเทคโนโลยีที่เล็กลง เร็วขึ้น แม่นยำยิ่งขึ้น และละเอียดอ่อนมากขึ้น ความต้องการของเราในการทำนายรอยเท้าควอนตัมอย่างแม่นยำที่โฟตอนที่ปล่อยออกมาจะมีความสำคัญมากขึ้น

"ด้วยการทำความเข้าใจสิ่งนี้ เราได้วางรากฐานเพื่อให้สามารถออกแบบปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารแสงสำหรับการใช้งานในอนาคต เช่น เซ็นเซอร์ที่ดีขึ้น เซลล์พลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่ได้รับการปรับปรุง หรือ-พูดว่าหยวน.

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในจดหมายทบทวนทางกายภาพ-