Neue Theorie enthüllt die Form eines einzelnen Photons

Forschende der Universität Birmingham haben in einer Studie, die in den Physical Review Letters veröffentlicht wurde, die genaue Form eines einzelnen Photons definiert. Die Untersuchung beschreibt, wie Photonen, die einzelnen Lichtteilchen, von Atomen oder Molekülen emittiert und durch ihre Umgebung beeinflusst werden. Diese Interaktionen bieten endlose Möglichkeiten für die Existenz und Ausbreitung von Licht, was jedoch die Modellierung solcher Prozesse erschwert. Die Forschungsgruppe hat diese Möglichkeiten in unterschiedliche Gruppen unterteilt, um ein Modell zu entwickeln, das nicht nur die Wechselwirkungen zwischen Photon und Emittent beschreibt, sondern auch, wie die Energie daraus ins 'Fernfeld' übertragen wird.

Mit den gewonnenen Berechnungen gelang es den Forschenden, eine Visualisierung eines Photons zu erstellen, etwas, das bisher in der Physik noch nicht gesehen wurde. Diese Arbeit eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten für Quantenphysiker und Materialwissenschaftler. Durch das präzise Definieren der Photon-Wechselwirkungen mit Materie und ihrer Umgebung können neue nanophotonische Technologien entworfen werden, die die sichere Kommunikation oder die Erkennung von Krankheitserregern verbessern sowie chemische Reaktionen auf molekularer Ebene kontrollieren könnten.

Professorin Angela Demetriadou und Dr. Benjamin Yuen heben hervor, dass die Geometrie und optischen Eigenschaften der Umgebung tiefgehende Auswirkungen darauf haben, wie Photonen emittiert werden, einschließlich der Definition von Form, Farbe und Existenzwahrscheinlichkeit der Photonen. Diese Erkenntnisse bringen ein tieferes Verständnis des Energieaustausches zwischen Licht und Materie und legen den Grundstein für zukünftige Technologien wie leistungsfähigere Sensoren, verbesserte photovoltaische Zellen oder Quantencomputing.

[Originalartikelübersetzung]

[Originalartikel]