Lần đầu tiên trong lịch sử, ngành vật lý học đã có thể "chụp hình" một hạt photon dựa trên lý thuyết mới.

Nghiên cứu mới này mở ra những hướng đi mới trong việc cải tiến cảm biến và điện toán lượng tử.

Việc hiểu rõ các tương tác giữa photon và vật chất giúp các nhà khoa học khám phá ra những khả năng mới trong vật lý lượng tử và khoa học vật liệu, từ đó tối ưu hóa công nghệ quang tử nano, nâng cao khả năng phát hiện bệnh và kiểm soát các phản ứng hóa học.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học từ Đại học Birmingham đã phát hiện cách thức photon được phát ra từ các nguyên tử hoặc phân tử, đồng thời bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh, và họ đã chụp lại hình ảnh của photon – một điều chưa từng làm được trước đây trong ngành vật lý.

Kết quả của nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters .

" Cấu trúc hình học của môi trường quyết định cách thức photon tương tác với vật chất ", các tác giả nghiên cứu cho biết.

" Cấu trúc hình học và đặc tính quang học của môi trường có ảnh hưởng mạnh mẽ đến cách photon được phát ra, từ việc xác định hình dáng, màu sắc, đến khả năng tồn tại của chúng ", đồng tác giả Angela Demetriadou cho biết thêm.

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình lý thuyết, phân loại hàng loạt khả năng tương tác của ánh sáng vào các nhóm riêng biệt. Mô hình này mô tả mối quan hệ giữa photon và nguồn phát của nó, cũng như cách thức năng lượng từ những tương tác này lan rộng ra xung quanh.

Photon là các đối tượng nghiên cứu trong cơ học lượng tử, có thể được xem vừa là sóng, vừa là hạt. Tuy nhiên, những mô tả này không thể hoàn toàn diễn tả hết các đặc tính của photon cũng như các hạt cơ bản khác.

Chính tính chất lưỡng tính sóng-hạt này đã làm cho việc xác định hình dáng chính xác của từng hạt hạ nguyên tử trở nên rất khó khăn.

" Các phép tính của chúng tôi đã biến một vấn đề tưởng như không thể giải quyết thành một bài toán có thể tính toán được ", tác giả chính, Benjamin Yuen chia sẻ. " Kết quả nghiên cứu này có thể xem như một sản phẩm phụ của mô hình, giúp chúng tôi tạo ra hình ảnh của photon - điều chưa từng xảy ra trong vật lý ".

" Công trình này giúp chúng ta mở rộng hiểu biết về sự trao đổi năng lượng giữa ánh sáng và vật chất, đồng thời giúp ta hiểu rõ hơn về cách ánh sáng phát xạ ra môi trường xung quanh, dù là gần hay xa ", ông Yuen chia sẻ.

" Trước đây, nhiều thông tin đã bị xem là nhiễu – nhưng giờ chúng tôi có thể giải mã và tận dụng những thông tin đó. Việc hiểu rõ chúng đã tạo ra nền tảng để thiết kế các tương tác giữa ánh sáng và vật chất cho những ứng dụng trong tương lai như cải thiện cảm biến, tối ưu hóa các tế bào năng lượng quang điện, hoặc phát triển điện toán lượng tử ".

Thông tin từ CosmoMag