Una nuova teoria getta le basi per un progresso non solo nella nanofotonica, ma anche nel campo dei sensori e delle celle fotovoltaiche.
Una ricerca dell’Università di Birmingham si è concentrata sui fotoni (singole particelle di luce) per mostrare come vengano emessi da atomi o molecole e modellati dall’ambiente circostante, in una maniera mai esplorata precedentemente.
La natura di questo fenomeno genera infinite possibilità per l’esistenza e la propagazione della luce. Questo è il motivo per cui tali dinamiche risultano straordinariamente complesse da rappresentare. Una vera e propria sfida che i fisici quantistici stanno cercando di affrontare da diversi decenni.
Il team inglese è riuscito a produrre un modello che descrive non solo le interazioni tra il fotone e l’emettitore, ma anche il modo in cui l’energia derivante da tale interazione si propaga nel campo lontano distante.
Allo stesso tempo, gli scienziati sono stati capaci di ricavare dai loro calcoli una visualizzazione del fotone.
Il primo autore, il dottor Benjamin Yuen, della facoltà di fisica ed astronomia dell’università di Birmingham, ha spiegato che l’immagine di un singolo fotone è stato ottenuta quasi come un sottoprodotto del modello, qualcosa che non era mai stata vista in fisica.
Il lavoro apre opportunità di ricerca per la fisica quantistica e la scienza dei materiali. La definizione precisa dell’interazione di un fotone con la materia e con altri elementi del suo ambiente permetterà, ad esempio, di progettare nuove tecnologie nanofotoniche che potrebbero cambiare le comunicazioni in maniera sicura, rilevare agenti patogeni o controllare le reazioni chimiche a livello molecolare.
La coautrice, la professoressa Angela Demetriadou, ha sottolineato come la geometria e le proprietà ottiche dell’ambiente abbiano profonde conseguenze nel modo in cui vengono emessi i fotoni, inclusa la forma stessa, il colore e persino la probabilità che esistano.
Yuen ha aggiunto come questa ricerca aiuti a capire meglio lo scambio di energia tra luce e materia e come la luce s’irradi nei suoi dintorni vicini e lontani.
Quello che finora era considerato solo “rumore” contiene importanti informazioni per miglioramenti nei sensori, nelle celle fotovoltaiche e nel calcolo quantistico.
La ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters.
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Immagini/Grafica: Benjamin Yuen
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