Per la prima volta, è stata ottenuta un’immagine della struttura di un singolo fotone. I fisici dell’Università di Birmingham, studiando l’interazione tra luce e materia a livello quantistico, sono riusciti a determinarne con precisione la forma.
Lo studio, pubblicato su Physical Review Letters, ha permesso di ottenere un’immagine simulata con precisione matematica, che rappresenta un fotone emesso da un atomo posizionato sulla superficie di una nanoparticella di silicio. Il coautore dello studio, Dr. Benjamin Yuen, ha spiegato che il team è riuscito a trasformare un problema apparentemente irrisolvibile in un modello calcolabile.
La natura dei fotoni e le loro interazioni con l’ambiente circostante sono notoriamente difficili da modellare, a causa delle infinite possibilità di propagazione della luce. Per superare questa complessità, i ricercatori hanno utilizzato teorie avanzate sull’interazione tra luce e materia a livello quantistico. Grazie a questa analisi, è stato possibile creare una rappresentazione precisa della distribuzione dell’intensità del fotone, che corrisponde alla probabilità di trovarlo in un certo punto e momento.
Che forma ha un fotone?
La “forma” di un fotone non è simile a quella di un oggetto fisico comune, ma piuttosto una mappa della sua distribuzione d’intensità nello spazio. Questa distribuzione dipende fortemente dall’interazione del fotone con l’ambiente, come la presenza di nanoparticelle, che possono amplificare le probabilità di emissione del fotone e permettere persino il suo riassorbimento da parte dell’atomo. Secondo Yuen, la funzione d’onda del fotone, che contiene tutte le informazioni necessarie, esiste prima ancora che il fotone venga rilevato, rendendo possibile la simulazione.
Le applicazioni
La scoperta apre nuove prospettive nello studio dell’interazione tra luce e materia, offrendo opportunità per progettare tecnologie innovative nel campo della nanofotonica. Questo progresso potrebbe migliorare sensori, celle solari e sistemi di calcolo quantistico. Come sottolinea Yuen, informazioni che prima venivano considerate rumore ora possono essere utilizzate per sviluppare applicazioni più efficienti. Con questa comprensione avanzata, sarà possibile progettare interazioni luce-materia su misura per soddisfare le esigenze di tecnologie all’avanguardia.
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