محققان بریتانیایی با انجام محاسبات پیچیده ریاضی موفق به ارائه تصویری شدند که از آن به عنوان اولین تصویر از شکل یک فوتون منفرد یاد می‌شود.
باور می‌کنید که فوتون می‌تواند این شکلی باشد!
هر چند تصویربرداری از این ذرات نور غیرممکن است، اما فیزیک‌دانان دانشگاه بیرمنگام با انجام محاسباتی عملکرد موجی فوتون را بررسی کرده و از آن برای ایجاد تصویری دقیق از فوتون استفاده کردند.
فوتون‌ها چیزی هستند که به ما امکان دیدن هم با چشم و هم با دوربین عکاسی را می‌دهند. هنگامی که آن‌ها به شبکیه چشم یا حسگرهای دوربین ما می‌رسند، اطلاعاتی در مورد منبعی که آن‌ها را ساطع کرده است، یا اشیایی که در راه با آن تعامل داشته‌اند را با خود حمل می‌کنند و به مغز یا دوربین‌های ما اجازه می‌دهند تصویری بسازند.
با این حال، یکی از چیزهایی که فوتون‌ها هرگز نمی‌توانند از آن عکس بگیرند، فوتون‌های دیگر است. این به این دلیل است که آن‌ها به هیچ وجه با یکدیگر تعامل ندارند. اما فیزیک‌دانان بیرمنگام تجسم دقیق ریاضی شکل یک فوتون را ارائه کردند.
بن یوئن یکی از نویسندگان مقاله مربوط به این پروژه گفت: «این کار شبیه‌سازی دقیق یک فوتون است که توسط اتمی که روی سطح یک نانوذره نشسته منتشر شده است. شکل فوتون عمیقاً تحت تأثیر نانوذره است و احتمال گسیل شدن فوتون را هزاران بار بیشتر می‌کند و حتی اجازه می‌دهد چندین بار توسط اتم بازجذب شود.»
شکل یک فوتون چیزی نیست که بتوان به سادگی آن را به تصویر کشید و این تصویر با ترفندهای ریاضی ایجاد شده که در آن توزیع احتمال نیز در نظر گرفته شده است. در واقع این تصویر نقشه جایی است که احتمالا فوتون می‌تواند در آنجا باشد. مناطق روشن‌تر نشان‌دهنده شانس بیشتری برای ظاهر شدن فوتون در آنجا هنگام اندازه‌گیری مکان آن است. در مورد فوتون، چون یک ذره کوانتومی است، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ بر آن صادق است به طوری که اندازه‌گیری می‌تواند برخی پارامترهای فوتون را تغییر دهد.
این تیم با توسعه نسخه‌ای از نظریه میدان کوانتومی که شامل یک نانوذره سیلیکونی در تعامل با فوتون‌ها بود، اقدام به تصویرسازی فوتون کرد. آن‌ها از شاخه‌ای از ریاضیات به نام تحلیل مختلط استفاده کردند تا مسئله را از یک مجموعه پیوسته اعداد واقعی به مجموعه‌ای گسسته اعداد مختلط مجزا تبدیل کنند. اگرچه ممکن است پیچیده به نظر برسد، اما این کار مشکل را بسیار ساده کرد.
این تحقیق در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
