伯明翰的研究人员创建了一个光子的第一张图像 ，这是从纳米颗粒表面发出的光子颗粒。11月14日在《期刊》中报道了这一图像的理论 物理评论信 ，使科学家能够计算和理解这些量子粒子的各种特性＆mdash;这可能会在诸如 量子计算，光伏设备和人工光合作用 。
Light的量子行为已经建立了良好 ，有100多年的实验表明 可以以波和粒子形式存在 。但是 ，我们对这种量子性质的基本理解远远落后于这种量子性质，我们只对光子的创建和发射方式或它们如何通过时空变化有限。
“我们希望能够理解这些过程以利用量子一面 ， ”第一作者 本·尤恩（Ben Yuen） ，英国伯明翰大学的研究员告诉Live Science 。“在这个级别上，光与物质如何真正相互作用？ ”
但是 ，光的本质意味着这个问题的答案几乎具有无限的可能性 。Yuen解释说：“我们可以认为光子是电磁场的基本激发。”这些磁场是不同频率的连续体 ，每个频率都可能会变得兴奋 。Yuen补充说：“您可以将连续体分为较小的部分，并且在任意两个点之间，仍然可以选择无限的可能点 。 ”
结果是光子的性质在很大程度上取决于其环境的特性 ，从而导致一些非常复杂的数学。Yuen说：“乍一看 ，我们必须写下并解决无限数量的方程式以取得答案 。 ”
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为了解决这一看似不可能的任务，Yuen和合着者 安吉拉·德米特里杜图伯明翰大学理论纳米光学教授 ，采用了一个聪明的数学技巧来显着简化方程式 。
引入虚构数字＆mdash;-1＆mdash不可能的平方根的倍数;处理复杂方程时是一个强大的工具。操纵这些虚构的组件允许等式中的许多困难术语相互取消。只要所有虚构的数字在达到解决方案之前都将其转换回实数 ，则将其计算得多 。
Yuen解释说：“我们将真实频率的连续体变成了一组离散的复杂频率集 。 ”“这样做，我们将方程式从连续体简化为我们可以处理的离散集。我们可以将它们放入计算机中并解决它们 。 ”
该团队使用这些新计算来建模从纳米颗粒表面发出的光子的性质 ，描述了与发射极的相互作用以及光子如何从源传播 。从这些结果中 ，团队产生了光子的第一张图像，即物理学从未见过的柠檬形粒子。
然而 ，Yuen强调 ，这只是在这些条件下产生的光子的形状 。他说：“形状随环境的变化完全变化 。”“这确实是纳米光子学的目的，即通过塑造环境 ，我们可以真正塑造光子本身。 ”
该团队的计算提供了对该量子粒子＆mdash的性质的基本见解；Yuen认为将为物理学家 ，化学家和生物学家开辟新的研究线 。
Yuen说：“我们可以考虑光电设备，光化学，光收集和光伏设备 ，了解光合作用 ，生物传感器和量子通信 。 ”“并且将会有许多未知的应用程序。通过做这种真正的基本理论，您可以在其他领域解锁新的可能性 。”
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希望本篇文章《光的形状：科学家第一次揭示单个光子的图像》能对你有所帮助！
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