Tek bir fotonun nasıl göründüğü, ilk defa ortaya çıkartıldı

İngiltere’deki Birmingham Üniversitesi araştırmacıları, ışık ve hususun nasıl etkileşime girdiğini anlamak için ilgi cazibeli bir bilgisayar modeli geliştirdiler. Bu epeyce zor bir görev olsa da, araştırma ekibi bu sorunu kolaylaştırmak için bir strateji geliştirmeyi başardı. Bu sayede tek bir fotonun kesin halini temsil eden bir görüntü, tarihte ilk defa oluşturuldu.

Foton tek bir ışık parçacığı olarak tanımlanabilir. Işık aynı anda hem parçacık hem de dalga olarak varlığını sürdürür. Bu ikili durumun keşfedilmesi bilim dünyasında büyük bir tesir yaratarak varlık hakkındaki anlayışımızı temelinden değiştirmişti.

Tekil olarak fotonlar ve madde arasındaki etkileşim kuantum mekaniğinde çok çok önemli bir yere sahip. Bu etkileşim, aralarında günlük olarak etkileşimde bulunduğumuz birçok teknolojinin temelinin de bulunduğu birçok farklı sistemin oluşmasını sağlar. Bu yüzden bu etkileşimi anlamak, yeni gelişmeler için muazzam bir ehemmiyete sahiptir.

Ortamda yayılan ışık, etkileşim için sınırsız olasılıklara sahiptir. Ekip bu daima olasılıklar aralığını aldı ve farklı bir küme oluşturarak kolaylaştırdı. Bu şekilde bir yayıcı ile bir foton arasındaki etkileşimi ve fotonun bir “uzak alana” nasıl gittiğini modellediler. Ayrıyeten bu hesaplamalar, bir fotonun formunun grafiksel bir anlayışını da ortaya çıkardı.

Benjamin Yuen

Başyazar Dr. Benjamin Yuen, yaptığı açıklamada “hesaplamalarımız, görünüşte çözülemez bir sorunu hesaplanabilir bir şeye dönüştürmemizi sağladı. Ve neredeyse modelin bir yan eseri olarak, fizikte daha önce görülmemiş bir şey olan bir fotonun bu imgesini üretebildik” dedi.

Bu teorik çalışma, fizikten gereç bilimine kadar pek çok farklı alanı etkileyebilir. Telekomünikasyondan moleküler seviyede kimyasal tepki denetimi yoluyla tıbbi aygıtlara kadar ışık ve madde arasındaki etkileşimleri gerektiren teknolojiler, bunların nasıl gerçekleştiğini bilmekten faydalanabilir.

Ortak müellif Profesör Angela Demetriadou, “Ortamın geometrisi ve optik özellikleri, fotonların nasıl yayıldığı üzerinde derin sonuçlara sahiptir. Bunlara fotonların hali, rengi ve hatta var olma mümkünlüğü da dahildir” diyor ve ekliyor: “Bu çalışma, ışık ve madde arasındaki enerji alışverişini anlayışımızı ilerletmeye ve ek olarak ışığın yakın ve uzak etrafına nasıl yayıldığını daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor. Bu bilgilerin çoğu daha önce yalnızca ‘gürültü’ olarak düşünülüyordu – lakin içinde artık anlamlandırabileceğimiz ve kullanabileceğimiz çok fazla bilgi var. Bunu anlayarak, daha iyi sensörler, geliştirilmiş fotovoltaik enerji hücreleri ya da kuantum hesaplama gibi gelecekteki uygulamalar için ışık-madde etkileşimlerini tasarlayabilmenin temellerini atıyoruz.”

Çalışma Physical Review Letters mecmuasında yayımlandı.