科技日報記者 張佳欣

據(jù)最新一期《物理評論快報》雜志報道，英國伯明翰大學(xué)科學(xué)家提出一種新理論，以前所未有的詳細(xì)程度探討了光子（光的單個粒子）的本質(zhì)。該理論首次精確定義了單個光子的形狀，改變了人們對光與物質(zhì)在量子層面如何相互作用的理解，代表了人們對光的理解的重大飛躍。這一理論為將來在實(shí)踐中應(yīng)用光—物質(zhì)相互作用工程奠定了基礎(chǔ)，例如制造更好的傳感器、改進(jìn)的光伏能源電池或量子計算等等。

這一理論揭示了光子如何由原子或分子發(fā)射，并受到周圍環(huán)境的影響而呈現(xiàn)出特定形狀。這種復(fù)雜的相互作用使得光在周圍環(huán)境中存在和傳播的可能性變得無限多樣。然而，可能性太多也使得構(gòu)建相互作用模型變得異常困難，而這也是量子物理學(xué)家?guī)资陙硪恢痹谂鉀Q的問題。

團(tuán)隊(duì)將這些可能性劃分為不同的集合，從而構(gòu)建出一個綜合模型。該模型不僅闡述了光子與發(fā)射體之間的相互作用，還描述了這種相互作用產(chǎn)生的能量如何傳播到遙遠(yuǎn)的“遠(yuǎn)場”。同時，團(tuán)隊(duì)還通過計算生成了光子本身的可視化圖像。

這項(xiàng)研究意義重大，因?yàn)樗鼮榱孔游锢韺W(xué)和材料科學(xué)開辟了新的研究領(lǐng)域。通過準(zhǔn)確描述光子與物質(zhì)以及其他環(huán)境因素之間的相互作用，科學(xué)家可以設(shè)計出新的納米光子技術(shù)，從而改變安全通信、病原體檢測或分子層面化學(xué)反應(yīng)控制的方式。

環(huán)境的幾何形狀和光學(xué)特性對光子的發(fā)射方式有著深遠(yuǎn)影響，包括決定光子的形狀、顏色，甚至其存在的可能性。這項(xiàng)研究有助于加深對光與物質(zhì)之間能量交換的理解，并更好地理解光是如何向周圍和遠(yuǎn)距離環(huán)境輻射的。之前，這些信息中有很多被視為“噪聲”，但現(xiàn)在，科學(xué)家可以理解并利用其中的大量信息。