بیگ بنگ: فیزیکدانان دانشگاه بیرمنگام موفق شدند برای نخستین‌بار شکل فوتون‌ها را شناسایی و تجسم کنند.

به گزارش بیگ بنگ، “فوتون‌ها” ذرات بنیادی نور، عامل اصلی دیدن ما هستند، چه با چشم و چه با ابزارهایی مثل دوربین‌ها. وقتی فوتون‌ها به شبکیه چشم یا حسگرهای دوربین برخورد می‌کنند، اطلاعاتی درباره منبع نوری یا اشیایی که از آنها بازتاب شده‌اند، منتقل می‌کنند و این اطلاعات به ما امکان ساخت تصویری از محیط را می‌دهد.

اما نکته جالب این است که فوتون‌ها نمی‌توانند از یکدیگر تصویری بسازند، زیرا تعامل مستقیمی بین آنها وجود ندارد. با این حال، پژوهشگران دانشگاه بیرمنگام برای اولین بار موفق شده‌اند شبیه‌سازی دقیقی از شکل یک فوتون ایجاد کنند. دانشمندان برای تجسم شکل فوتون از یک مدل ریاضیاتی استفاده کردند. این تجسم، شبیه‌سازی دقیق یک فوتون است که توسط اتمی که روی سطح یک نانوذره نشسته، گسیل می‌شود.

این شبیه‌سازی نشان می‌دهد که یک فوتون چگونه از یک اتم که روی سطح یک نانوذره قرار دارد، گسیل می‌شود. “بن یوئن” یکی از محققان، توضیح می‌دهد که نانوذره نقش مهمی در این فرآیند دارد، به‌طوری‌که احتمال گسیل فوتون را به طرز چشمگیری افزایش داده و حتی امکان جذب و گسیل دوباره آن را توسط همان اتم فراهم می‌کند.

تصویرسازی از فوتون، برخلاف تصویربرداری از اشیاء معمولی، شبیه‌سازی نقشه‌ای است که احتمال حضور فوتون را در مکان‌های مختلف نشان می‌دهد. مناطق روشن‌تر در این نقشه احتمال بیشتری برای مشاهده فوتون دارند.

یوئن می‌گوید: “ما موفق شدیم برای اولین‌بار توزیع دقیق فوتون را بلافاصله پس از گسیل آن محاسبه کنیم. به دلیل ماهیت کوانتومی فوتون، نمی‌توان موقعیت آن را در یک لحظه دقیقاً اندازه‌گیری کرد، اما اگر این کار بارها انجام شود، الگوی توزیعی مشخص ظاهر می‌شود که همان چیزی است که ما شبیه‌سازی کرده‌ایم.”

این پژوهش بخشی از تلاشی گسترده‌تر برای پاسخ به یک پرسش اساسی بود: چگونه محیط اطراف، مثل نانوذرات، بر نحوه گسیل فوتون از اتم‌ها و مولکول‌ها تأثیر می‌گذارد؟ محققان با استفاده از یک روش ریاضی به نام “تحلیل مختلط” موفق شدند پیچیدگی این تعاملات را کاهش دهند و شکل دقیق فوتون را شبیه‌سازی کنند.

چرا این کشف اهمیت دارد؟

پیشرفت در فناوری نانوفوتونیک: این کشف می‌تواند به پیشرفت در تکنولوژی‌های نوری در مقیاس نانو کمک کند.
‌
ارتباطات امن‌تر: توسعه روش‌های بهتر و امن‌تر برای انتقال داده‌ها.

تشخیص دقیق بیماری‌ها: بهبود ابزارهای شناسایی عوامل بیماری‌زا.

کنترل بهتر واکنش‌های شیمیایی: امکان تنظیم دقیق‌تر فرآیندهای شیمیایی.
‌
این دستاورد علمی می‌تواند تأثیرات گسترده‌ای در حوزه‌های مختلف فناوری و تحقیقات داشته باشد و به ارتقای ابزارها و فرآیندهای پیشرفته کمک کند. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.

سایت علمی بیگ بنگ / منابع: newatlas.com , scitechdaily.com