تمت ملاحظة الاختراق الكمي عندما قام العلماء بتحديد شكل الفوتون لأول مرة

حددت دراسة أجريت في جامعة برمنغهام الشكل الدقيق لفوتون واحد، مما أعاد تشكيل كيفية فهم التفاعلات بين الضوء والمادة على المستوى الكمي. تخبرنا الدراسة المفصلة في Physical Review Letters كيف تنبعث الفوتونات، أو جزيئات الضوء، وتتأثر بالبيئة المحيطة بها، مما يوفر إمكانيات لتحقيق تقدم تكنولوجي كبير.

ينبع هذا الإنجاز من معالجة تحدي طويل الأمد في فيزياء الكم: الطرق شبه اللانهائية التي يمكن للفوتونات أن تنتشر بها في بيئتها. قام الباحثون بتجميع هذه السيناريوهات في مجموعات يمكن التحكم فيها، مما مكن النموذج من وصف ليس فقط كيفية تفاعل الفوتونات مع بواعثها، ولكن أيضًا كيفية تشع الطاقة في المجال البعيد. وتضمنت النتائج أيضًا أول تصور على الإطلاق للفوتون، والذي تم تحقيقه من خلال حسابات معقدة.

المشاكل المعقدة أصبحت قابلة للحل

الدكتور بنيامين يوين، عالم الفيزياء في جامعة برمنغهام والمؤلف الرئيسي لبحث يذاكرأوضح أن الفريق قام بتحويل مشكلة لا يمكن التغلب عليها إلى إطار عمل قابل للحل حسابيًا. ونتيجة لذلك، تمكنوا من تصوير شكل الفوتون، وهو ما يمثل معلما هاما في فيزياء الكم.

انبعاث الفوتون على شكل البيئة

الدراسة، نشرت في رسائل المراجعة الفيزيائية، يكشف أيضًا عن الدور الحاسم للعوامل البيئية، بما في ذلك الهندسة والخصائص البصرية، في تحديد خصائص الفوتون. ووفقا للأستاذة أنجيلا ديميتريادو، المؤلفة المشاركة في البحث، فإن هذه التأثيرات تمتد إلى لون الفوتون وشكله واحتمالية انبعاثه. أصبحت البيانات، التي تم استبعادها سابقًا باعتبارها ضجيجًا في الخلفية، بمثابة مصدر قيم للمعلومات.

تطوير تطبيقات المادة الخفيفة

ومن المتوقع أن يؤدي هذا الاكتشاف إلى تطوير تصميم تقنيات النانو الضوئية. وسلط الدكتور يوين الضوء على إمكانية تطوير أجهزة استشعار وخلايا شمسية وأنظمة محسنة للحوسبة الكمومية. إن الفهم الأكثر تفصيلاً لتفاعلات المادة الخفيفة يمكن أن يؤدي أيضًا إلى اختراقات في الاتصالات الآمنة والعمليات الكيميائية على المستوى الجزيئي.

ومن خلال تصور الفوتون لأول مرة، يرسي البحث أساسًا للاستكشاف المستقبلي، مما يمثل خطوة مهمة إلى الأمام في فهم عالم الكم.