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

Na obloze letos neobvykle přibylo meteorů, upozornili američtí experti

Na obloze se letos podle údajů amerických astronomů objevilo výrazně více meteorů než v uplynulých letech. Přiznávají, že pro tento jev nemají vysvětlení, ale uklidňují, že nemusí jít o nic nebezpečného.
před 45 mminutami

Nová varianta covidu „cikáda“ odolávající protilátkám se dostala už i do Česka

Nově se šířící varianta viru SARS-CoV-2 se liší od těch předchozích tolik, že by mohla snadněji unikat očkování i předchozímu překonání covidu. Upozorňují na ni experti ve více zemích včetně Česka. Pokud by se šířila dál, bylo by zřejmě potřeba změnit očkování.
před 21 hhodinami

VideoČeští experti zkoumají čínského robota Karla

Odborníci ze spolku Česká IT akademie zkoumají čínského humanoidního robota jménem Karel. Objevují, jak technologie funguje, i to, co všechno tito roboti dokážou o svých uživatelích zjistit. S čínskými technologiemi se totiž dlouhodobě spojují rizika spojená se sledováním i sběrem dat. Podle Ondřeje Chlupáčka z akcelerátoru S-tech Ventures je jedním z cílů zkoumání zjistit, jaké komponenty lze nahradit evropskými alternativami a jak by to bylo drahé či složité. Kromě toho odborníci učí Karla správně používat jeho ruce. V budoucnu by pak roboti mohli nahradit lidské pracovníky třeba ve zdravotnictví nebo průmyslu.
27. 3. 2026

Wikipedie omezila používání AI, povoluje už jen drobné úpravy a překlady

Otevřená internetová encyklopedie Wikipedie zakázala používání umělé inteligence při tvorbě nebo přepisování článků. Podle nových pravidel smí editoři používat jazykové modely, například ChatGPT, Google Gemini nebo DeepSeek, pouze výjimečně. Texty vytvořené těmito nástroji totiž často porušují základní zásady encyklopedie, zejména požadavek na ověření ze spolehlivých zdrojů.
27. 3. 2026

Vědci testují očkování proti fentanylu. Může zabránit vzniku „zombií“

Epidemie fentanylové závislosti se rozšířila už tak moc, že vědci hledají řešení, která by ještě nedávno nebyla ve hře. Jedním z nich by mohlo být například očkování, které „vypne“ v mozku centra, jež reagují na tuto drogu. Testování této vakcíny už začalo.
27. 3. 2026

Družice AMBIC bude očima Česka v kosmu. Má sledovat povodně, požáry či dopravu

Zástupci národního centra pro letectví a vesmír VZLU Aerospace a Evropské kosmické agentury (ESA) v pátek podepsali smlouvu, která zajistí vývoj družice AMBIC. Ta by v budoucnu měla pomoci mimo jiné při zvládání požárů a povodní nebo sledování situace na silnicích a železnicích.
27. 3. 2026

Blíží se „super El Niño“, predikují experti. Může přinést nejteplejší rok vůbec

Nová měření naznačují, že letos zřejmě převládne teplá fáze teploty oceánské vody, které se říká El Niño. To by mohlo mít závažné dopady na počasí ve velké části světa.
27. 3. 2026

Co se stane, když naklonujete klon? Vědci narazili na bariéru

Před jednatřiceti lety lidé poprvé viděli klon. Ovce Dolly byla první, ale nikoliv poslední, od té doby se tento proces používá běžně v mnoha oblastech vědy. Ve vzduchu ale stále visí jedna otázka: Dá se klonovat nekonečně, nebo existuje mez, kdy to přestává fungovat? Teď tuto hranici našli japonští biologové.
27. 3. 2026
Načítání...