Buzz
Các nhà khoa học từ Đại học Birmingham vừa tạo nên một thành tựu lớn trong nghiên cứu ánh sáng: lần đầu tiên, họ đã chụp được hình ảnh chi tiết của một photon – hạt ánh sáng duy nhất. Phát hiện này không chỉ giúp chúng ta nhìn thấy photon mà còn mở ra một kỷ nguyên mới trong việc hiểu cách ánh sáng hoạt động ở cấp độ lượng tử.
Hình ảnh chụp được cho thấy photon có hình dạng tương tự quả chanh khi phát ra từ các hạt nano. Khám phá này, được đăng trên tạp chí Physical Review Letters, mang lại ý nghĩa sâu sắc trong việc nghiên cứu ánh sáng ở quy mô siêu nhỏ. Hình dạng của photon không cố định mà thay đổi theo môi trường xung quanh – một phát hiện có thể làm thay đổi cách chúng ta nhìn nhận về nanophotonics, ngành nghiên cứu ánh sáng ở cấp độ vi mô.
‘Bằng cách thay đổi môi trường, chúng ta có thể thực sự thay đổi hình dạng của photon’, Ben Yuen, nhà nghiên cứu chính của dự án, cho biết.
Ánh sáng từ lâu đã được biết đến với tính chất kép: vừa là sóng, vừa là hạt. Mặc dù các thí nghiệm đã chứng minh điều này hơn một thế kỷ qua, nhưng việc hiểu rõ các đặc tính lượng tử của ánh sáng – như cách photon di chuyển và tương tác với vật chất – vẫn là một thách thức lớn.
‘Chúng tôi muốn khám phá cách ánh sáng và vật chất tương tác thật sự ở cấp độ này’, Yuen nói. Đây là một bước đi quan trọng để khai thác tiềm năng lượng tử của ánh sáng, từ các ứng dụng công nghệ cho đến việc giải quyết các câu hỏi khoa học cơ bản.
Photon là kích thích cơ bản của trường điện từ, mang trong mình vô số tần số có thể bị kích thích, khiến các phép toán học liên quan trở nên vô cùng phức tạp. Để giải quyết vấn đề này, Yuen và Giáo sư Angela Demetriadou đã phát triển một phương pháp toán học sáng tạo dựa trên các số ảo, bao gồm cả căn bậc hai của -1.
Kỹ thuật này giúp đơn giản hóa những phương trình phức tạp, biến vô vàn khả năng thành những phép toán dễ dàng kiểm soát. Với sự hỗ trợ của máy tính, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc mô phỏng và quan sát photon một cách chi tiết.
Không chỉ là một bước đột phá về hình ảnh, nghiên cứu này cung cấp một khung lý thuyết mới để hiểu cách các photon tương tác với vật chất. Điều này không chỉ giúp cộng đồng khoa học tiến xa hơn trong nghiên cứu ánh sáng lượng tử mà còn tạo tiền đề cho sự phát triển của các công nghệ tương lai.
Khả năng kiểm soát và thay đổi hình dạng của photon có thể làm thay đổi hoàn toàn cách chúng ta ứng dụng ánh sáng, từ việc cải thiện các phản ứng hóa học ở cấp độ phân tử đến việc xây dựng các hệ thống năng lượng hiệu quả hơn.
