Pesquisadores Revelam Forma do Fóton: Modelo Revolucionário Cria Imagem Inédita de um Fóton
Pesquisadores modelaram as interações entre partículas de luz e matéria.
Pesquisadores da Universidade de Birmingham, Reino Unido, desenvolveram um intrigante modelo de computador para entender como a luz e a matéria interagem. Como tarefas, é excepcionalmente difícil, mas a equipe foi capaz de desenvolver uma estratégia para simplificar o problema. Ao fazer isso, eles também foram capazes de criar algo peculiar: uma imagem representando o formato preciso de um único fóton.
Um fóton é uma partícula de luz. A luz (e a matéria) existe tanto como uma partícula quanto como uma onda. Essa descoberta da dualidade foi a solução para milênios de debate, quando se tornou óbvio, a partir de experimentos, que a luz se propaga como uma onda, mas também pode ser descrita por pacotes distintos de energia, que é o que chamamos de fótons.
A interação entre fótons individuais e matéria é muito importante na mecânica quântica. Ela impulsiona uma série de mecanismos diferentes – alguns deles fundamentais para muitas tecnologias com as quais interagimos todos os dias. Entender a interação tem sido uma tarefa monumental. A luz que se propaga pelo ambiente tem possibilidades ilimitadas de interação.
A equipe pegou essa gama contínua de possibilidades e a simplificou criando um conjunto discreto. Eles foram capazes de modelar dessa forma a interação entre um emissor e um fóton, bem como como o fóton viaja para um distante “campo distante”. Os cálculos também foram capazes de fornecer uma compreensão gráfica da forma de um fóton.
“Nossos cálculos nos permitiram converter um problema aparentemente insolúvel em algo que pode ser computado. E, quase como um subproduto do modelo, fomos capazes de produzir esta imagem de um fóton, algo que nunca foi visto antes na física”, disse o primeiro autor, Dr. Benjamin Yuen, em uma declaração.
Este trabalho teórico tem aplicações em vários campos, da física à ciência dos materiais. Tecnologias que exigem interações entre luz e matéria, de telecomunicações a dispositivos médicos via controle de reações químicas em nível molecular, podem se beneficiar do conhecimento de como isso acontece.
“A geometria e as propriedades ópticas do ambiente têm consequências profundas sobre como os fótons são emitidos, incluindo a definição do formato, da cor e até mesmo da probabilidade de sua existência”, explicou a coautora Professora Angela Demetriadou.
“Este trabalho nos ajuda a aumentar nossa compreensão da troca de energia entre luz e matéria e, em segundo lugar, a entender melhor como a luz irradia para seus arredores próximos e distantes. Muitas dessas informações eram consideradas apenas ‘ruído’, mas há tanta informação nelas que agora podemos entender e usar. Ao entender isso, estabelecemos as bases para poder projetar interações luz-matéria para aplicações futuras, como melhores sensores, células de energia fotovoltaica aprimoradas ou computação quântica”, concluiu o Dr. Yuen.
O estudo foi publicado na revista Physical Review Letters.
Fonte: iflscience
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