Işık ve maddenin kuantum seviyesinde nasıl etkileşime girdiğini açıklayan yeni bir kuram, araştırmacıların tek bir fotonun tam olarak nasıl göründüğünü ilk defa belirlemesine olanak sağlamış.
Birmingham Üniversitesinde yürütülen ve iki hafta önce Physical Review Letters bülteninde yayımlanan araştırmada, fotonların tabiatı eşi görülmemiş detaylarla keşfediliyor ve atomlar ya da moleküller tarafından nasıl yayılıp çevreleriyle nasıl şekillendikleri gösteriliyor.
Bu etkileşimin tabiatı, ışığın var olup etrafındaki ortamda yayılması veya yolculuk etmesi için sonsuz olasılıklara yol açıyor. Fakat bu sınırsız olasılık söz konusu etkileşimlerin modellenmesini olağanüstü ölçüde zorlaştırırken, kuantum fizikçilerinin onlarca yıldır ele almaya çalıştığı bir güçlük teşkil ediyor.
Birmingham’da çalışan araştırma takımı, bu olasılıkları ayrı gruplara ayırarak foton ve kaynak arasındaki etkileşimlerin yanısıra bu etkileşimden çıkan enerjinin nasıl ‘uzak alana’ gittiğini de tanımlayan bir model geliştirmişler.
Araştırmacılar ayrıca yaptıkları hesaplamalarla fotonun kendisinin de görselleştirmesini meydana getirmiş.
Makalenin birinci yazarı olan ve üniversitenin Fizik Fakültesinde çalışan Dr. Benjamin Yuen şöyle açıklıyor: “Hesaplamalarımız, görünürde çözülemez olan bir problemi hesaplanabilen bir şeye dönüştürmemizi sağladı. Ayrıca modelin neredeyse bir yan ürünü olarak, fizikte daha önce görülmeyen bir şey yaparak bir fotonun görüntüsünü çıkardık.”
Çalışma önemli çünkü kuantum fizikçileri ve malzeme bilimi için yeni araştırma alanlarının kapılarını aralıyor. Bir fotonun maddeyle ve içinde bulunduğu ortamdaki diğer öğelerle nasıl etkileşime girdiğini hassas şekilde belirleyebilen bilim insanları, örneğin güvenli biçimde iletişim kurma, patojenleri tespit etme veya kimyasal tepkimeleri moleküler seviyede kontrol etme şeklimizi değiştirebilecek yeni nanofotonik teknolojiler tasarlayabilir.
Makalenin eş yazarı olan ve Birmingham Üniversitesinde çalışan Profesör Angela Demetriadou, “Ortamın geometrisi ve optik özellikleri, fotonların yayılma şekli bakımından kapsamlı büyük sonuçlar doğuruyor” diyor. “Ayrıca fotonların şeklini, rengini ve hatta var olma olasılığını belirliyor.”
Dr. Benjamin Yuen şöyle ekliyor: “Bu çalışma, ışık ve madde arasındaki enerji değiş tokuşunu daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor. İkinci olarak da ışığın, yakındaki ve uzaktaki ortamlara nasıl yayıldığını daha iyi anlamayı sağlıyor. Bu bilgilerin büyük bir kısmının, daha önce sadece ‘gürültü’ olduğu düşünülmüştü; fakat artık içerisinde anlam verebildiğimiz ve faydalanabileceğimiz pek çok bilgi bulunuyor. Bunu anlayarak gelecekte daha iyi sensörler, fotovoltaik enerji hücrelerinin geliştirilmesi ya da kuantum bilişim gibi uygulamalar için ışık-madde etkileşimlerinde mühendislik uygulayabileceğimiz temelleri atıyoruz.”
Kaynak: Birmingham Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
