I fotoni come mai visti prima, definita la forma precisa delle singole particelle di luce
“Non era mai stata vista prima in fisica, ma l’abbiamo definita”: è la forma dei fotoni, le particelle di luce concettualmente introdotte come costituenti elementari della radiazione elettromagnetica da Max Plank e Albert Einstein, modellata in una prima mondiale da un team di ricerca dell’Università di Birmingham, riuscito ad esplorare la natura delle singole particelle di luce in un modo senza precedenti.
La forma dei fotoni – ma anche il loro colore e persino la probabilità che queste particelle di luce esistano – dipende dalla geometria e dalle proprietà ottiche dell’ambiente, che hanno profonde conseguenze sul modo in cui vengono emessi i quanti di energia: queste possibilità illimitate portano a infinite possibilità per luce di esistere e propagarsi, o viaggiare, attraverso l’ambiente circostante, ma raggruppando queste possibilità in insiemi distinti, un team di ricerca dell’Università di Birmingham è riuscito a definire la forma precisa delle singole particelle di luce.
“I nostri calcoli ci hanno permesso di convertire un problema apparentemente irrisolvibile in qualcosa che può essere calcolato – ha affermato il dottor Benjamin Yuen, della Facoltà di Fisica e Astronomia dell’Università di Birmingham, a capo del team che ha sviluppato il nuovo modello – . Quasi come un sottoprodotto del nostro modello, siamo stati in grado di produrre questa immagine di un fotone, qualcosa che non era mai stato visto in fisica”.
L’immagine di un fotone rivela la forma di una singola particella di luce
La forma precisa di un singolo fotone, mostrata in un’immagine pubblicata a margine di un nuovo studio apparso sulla rivista scientifica Physical Review Letters, è stata modellata da un team di ricerca della Facoltà di Fisica e Astronomia dell’Università di Birmingham sulla base di una nuova teoria che spiega l’interazione tra luce e materia a livello quantistico, aprendo nuove strade alla ricerca per i fisici quantistici e la scienza dei materiali.
Definire con precisione come un fotone interagisce con la materia e con altri elementi del suo ambiente può consentire lo sviluppo di nuove tecnologie, che potrebbero ad esempio cambiare la sicurezza delle comunicazioni, il modo in cui rileviamo i patogeni o controlliamo le reazioni chimiche a livello molecolare. E, al tempo stesso, ha permesso di produrre un’immagine del fotone stesso.
“Questo lavoro ci aiuta ad aumentare la nostra comprensione dello scambio di energia tra luce e materia e, in secondo luogo, a comprendere meglio come la luce si irradia nei suoi dintorni vicini e lontani – ha aggiunto il dottor Benjamin Yuen – . Molte di queste informazioni erano state precedentemente considerate solo “rumore”, ma ci sono così tanti dati al loro interno a cui ora possiamo dare un senso e che possiamo utilizzare. Comprendendo questo, poniamo le basi per essere in grado di progettare interazioni luce-materia per applicazioni future, come sensori migliori, celle fotovoltaiche o computer quantistici migliorati”.
