Jako děravý citron. Vědci poprvé popsali podobu fotonu

Nová teorie, která vysvětluje interakci světla a hmoty na kvantové úrovni, umožnila vědcům poprvé přesně určit tvar jediného fotonu.

Foton je elementární částice, která není složena z jiných částic. Je to kvantum elektromagnetického pole a je považován za základního „nositele“ světla a elektromagnetického záření. Foton je ale v některých ohledech jako duch – nemá hmotnost ani elektrický náboj a pohybuje se ve vakuu rychlostí světla. A přesto má tvar, tvrdí nový výzkum.

Práce fyziků z Birminghamské univerzity, která teď vyšla v odborném časopise Physical Review Letters, zkoumala povahu fotonů. Vědci se pokusili o lepší pochopení jejich chování, zejména toho, jaký vliv na jejich tvar má jejich okolí. Když se mluví o tvaru a dalších vlastnostech, jak je popisuje normální jazyk, je v případě kvantových jevů nutná vždy opatrnost – běžně platná pravidla vesmíru jsou totiž v těchto „sférách“ značně bizarní.

Povaha těchto interakcí vede podle výzkumníků k nekonečným možnostem existence světla a jeho šíření okolním prostředím. Tato neomezená možnost dává světu jeho vzhled: všechno, co kolem sebe vidíme, jsou vlastně jen interakce fotonů s okolím – je to, jako by každou sekundu stovky miliard těchto „duchů“ narážely na každý centimetr čtvereční kolem nás. Ale ona různorodost současně způsobuje, že pro experty je mimořádně obtížné tyto interakce modelovat.

Seskupením těchto možností do samostatných souborů se nicméně birminghamskému týmu podařilo vytvořit model, který popisuje nejen vzájemné působení mezi fotonem a zdrojem světla, ale také to, jak se energie z této interakce šíří dál.

Zároveň se badatelům podařilo pomocí výpočtů vytvořit vizualizaci samotného fotonu.

„Tyto výpočty nám umožnily převést zdánlivě neřešitelný problém na něco, co vypočítat lze. A téměř jako vedlejší produkt modelu jsme byli schopni vytvořit obraz fotonu, což je něco, co ve fyzice dosud nebylo k vidění,“ raduje se hlavní autor studie Benjamin Yuen z Birminghamské univerzity.

Kvantová fyzika mění reálný svět

Práce je podle jejích autorů důležitá, protože otevírá nové cesty výzkumu kvantové fyziky, jež by mohly pomoci hlavně v materiálových vědách. Díky tomu, že jsou výzkumníci schopni přesně popsat, jak foton interaguje s hmotou a s dalšími prvky svého okolí, mohou navrhnout nové nanofotonické technologie, které by mohly například změnit způsob bezpečné komunikace, detekovat patogeny nebo řídit chemické reakce přímo na atomární nebo molekulární úrovni.

Potenciálně to znamená i tak velké projekty, jako je například vylepšení kvantových počítačů.

„Geometrie a optické vlastnosti prostředí mají zásadní dopady na to, jak jsou fotony emitovány, včetně definování jejich tvaru, barvy, a dokonce i toho, jaká je pravděpodobnost jejich existence,“ doplňují autoři nové studie.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

V Chorvatsku našli přes dva tisíce let starou terakotovou hlavu

Chorvatští archeologové a speleologové našli při průzkumu jeskyně Crno jezero na dalmatském poloostrově Pelješac terakotovou hlavu zobrazující starořeckou divadelní masku. Předmět, který lze datovat do 4. až 3. století před naším letopočtem, je uvnitř dutý a v horní části má otvor sloužící k zavěšení, pravděpodobně na zeď. Takové masky jsou často spojovány s divadelními představeními a kultem boha vína Dionýsa, který je považován za patrona divadla. O nálezu informovalo Archeologické muzeum v Dubrovníku.
včera v 08:37

Klimatická změna ukusuje Evropě jaro. Nástup léta začíná být náhlý

Jaro bývá řadou lidí označováno jako jejich nejoblíbenější roční období. Jenže v kontextu prohlubující se změny klimatu pomalu přestává platit stav, kdy je přechod mezi jarem a létem ve střední Evropě příjemně pozvolný.
včera v 07:00

Celosvětový výskyt duševních poruch se od roku 1990 téměř zdvojnásobil, ukazuje studie

Duševních poruch ve světě od roku 1990 téměř dvojnásobně přibylo a v současnosti jimi trpí zhruba 1,2 miliardy lidí. Vyplývá to ze studie Institutu pro měření a vyhodnocování zdravotního stavu (IHME) při Washingtonské univerzitě, kterou ve spolupráci s Queenslandskou univerzitou zveřejnil časopis The Lancet. Výzkum upozorňuje také na výrazný nárůst v Řecku.
22. 5. 2026

Vědci z Lille vyvíjejí mužské antikoncepční tělísko, na trhu by mohlo být do roku 2033

Vyvíjené mužské antikoncepční tělísko je „malou svorkou“, která se zavádí během patnácti minut v lokální anestezii. Její antikoncepční účinek je čistě mechanický a mohl by trvat až tři roky.
22. 5. 2026
Načítání...