I ricercatori dell’Università di Birmingham hanno recentemente presentato una nuova teoria quantistica che getta nuova luce sulla forma precisa dei fotoni e sulle loro interazioni con gli atomi e l’ambiente circostante. Questa scoperta potrebbe avere un impatto significativo sulle tecnologie nanofotoniche, con possibili benefici per settori come la comunicazione sicura, la rilevazione di patogeni e il controllo molecolare nelle reazioni chimiche.
La ricerca, pubblicata su Physical Review Letters, ha permesso ai fisici di definire per la prima volta la forma esatta di un singolo fotone, svelando dettagli sul comportamento intricato di queste particelle di luce. Gli scienziati hanno esaminato come i fotoni vengano emessi dagli atomi e dalle molecole, e come la loro forma sia influenzata dall’ambiente in cui si trovano.
Il team di Birmingham ha affrontato la sfida di modellare queste complesse interazioni, raggruppando le varie possibilità in insiemi distinti. Questo approccio ha permesso loro di sviluppare un modello che non solo descrive le interazioni tra il fotone e l’emettitore, ma anche come l’energia di queste interazioni si propaga nel campo circostante.
Un risultato sorprendente di questa ricerca è stata la capacità di visualizzare il fotone stesso, un’impresa mai realizzata prima in fisica. Il dottor Benjamin Yuen, primo autore dello studio, ha sottolineato l’importanza di questo lavoro nel fornire nuove prospettive per i fisici quantistici e la scienza dei materiali.
La professoressa Angela Demetriadou, co-autrice dello studio, ha evidenziato come la geometria e le proprietà ottiche dell’ambiente influenzino profondamente le caratteristiche dei fotoni emessi, compresa la loro forma, colore e probabilità di esistenza.
Il dottor Yuen ha aggiunto che questa ricerca contribuisce a migliorare la comprensione dello scambio di energia tra luce e materia, aprendo la strada a nuove applicazioni come sensori avanzati, celle fotovoltaiche più efficienti e calcolo quantistico.
Questo studio, intitolato “Exact Quantum Electrodynamics of Radiative Photonic Environments” e pubblicato il 14 novembre 2024 su Physical Review Letters, rappresenta un passo significativo verso la progettazione di interazioni luce-materia per futuri sviluppi tecnologici.
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