Birmingham Universitetinin alimləri işıq və maddənin kvant səviyyəsindəki qarşılıqlı təsirlərinə dair inqilabi bir nəzəriyyə hazırlayıblar. "Physical Review Letters" jurnalında dərc olunan bu araşdırma, ilk dəfə işığın fərdi hissəciyi olan fotonun dəqiq formasını müəyyən etməyi mümkün edib. Bilməyənlər üçün qeyd edək ki, foton işığın və digər elektromaqnit dalğalarının əsasını təşkil edən fundamental hissəcikdir. Gözlə görünməsə də, ətrafımızda işıq kimi qəbul etdiyimiz hər şeyin təməlində fotonlar dayanır. Fotonlar enerjini daşıyır və boşluqda işıq sürəti ilə hərəkət edirlər, lakin maraqlısı isə odur ki, onların kütləsi yoxdur. Bir lampanın işıqlanması, günəş şüalarının dərimizə dəyməsi və ya radio siqnallarının yayımlanması zamanı əslində fotonlar ətrafımızda hərəkət edir və bizimlə qarşılıqlı əlaqədə olurlar. Bu hissəciklər həm dalğa, həm də hissəcik kimi davranır, bu da onları təbiətin ən maraqlı fenomenlərindən birinə çevirir.

     Fotonlar retina və ya kamera sensorumuza çatdıqda, gəldikləri mənbə və ya əks olunduqları obyektlər haqqında məlumat daşıyırlar. Lakin fotonlar bir-biri ilə birbaşa əlaqədə olmadığı üçün digər fotonların şəkillərini yarada bilmirlər. Birmingham Universitetindən Ben Yuen və Angela Demetriadou-nun rəhbərlik etdiyi komanda, bu problemi aradan qaldıraraq bir fotonun formasını dəqiq şəkildə təsvir edən vizual model hazırlayıb. Bu forma, bir fotonun yayıldığı zaman ehtimal sıxlığının xəritəsi kimi təyin olunur.

     Yuen, fotonun formasının bir obyektin fiziki sərhədləri və ya həcmi kimi deyil, fotonun müəyyən bir anda harada olma ehtimalının daha yüksək olduğunu göstərən sıxlıq paylanmasını təmsil etdiyini vurğulayır. Vizualizasiya zamanı parlaq bölgələr fotonun orada olma ehtimalının yüksək olduğunu bildirir. Fotonlar kvant hissəcikləri olduğu üçün onları birdəfəlik ölçmək mümkün deyil, çünki bu, onların yox olmasına səbəb olur. Lakin fotonun harada aşkar edildiyini dəfələrlə ölçsəniz, həmin paylanma ortaya çıxır. Bundan əlavə, kvant mexanikasının ən qəribə xüsusiyyətlərindən biri də budur ki, foton aşkar edilmədən əvvəl bu paylanmanın bütün təfərrüatları fotonun "dalğa funksiyası" vasitəsilə artıq mövcud olur. Alimlər bunu ilk dəfə hesablaya biliblər.

     Tədqiqatçılar bu vizualizasiyanı yaratmaq üçün kvant sahəsi nəzəriyyəsinin inkişaf etdirilmiş bir versiyasından istifadə ediblər. Bu nəzəriyyədə fotonlar silikon bir nanohissəciklə qarşılıqlı təsirdə analiz edilib. Proses sonsuz ehtimallar dəstini əhatə edən bir riyazi model tələb edirdi. Komanda mürəkkəb analiz üsullarından istifadə edərək bu ehtimalları məhdudlaşdırıb, daha sadə bir modelə çevirib. Əslində tədqiqat, fotonların atomlar və ya molekullar tərəfindən necə yayıldığını və ətraflarından necə təsirləndiyini unikal detallarla araşdırır. Bu qarşılıqlı təsirlərin təbiəti, işığın ətrafında sonsuz ehtimallarla mövcud olmasını və yayılmasını mümkün edir. Lakin bu sonsuz ehtimal, alimlər üçün onilliklər ərzində həll edilməsi çətin bir problem olaraq qalıb.

      Birmingham Universitetinin tədqiqat qrupu bu ehtimalları müəyyən qruplara bölərək bir foton və yayıcı arasındakı qarşılıqlı təsirləri, bu təsirdən çıxan enerjinin uzaq sahələrə necə yayıldığını izah edən bir model hazırlayıb. Üstəlik, bu hesablamalar nəticəsində bir fotonun vizual təsviri də ilk dəfə əldə edilib. Tədqiqatçılar, bu araşdırmanın işıq və maddənin qarşılıqlı təsirini anlamağımızı əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırdığını, bunun günəş panelləri, kvant hesablaması və sensor texnologiyasında tətbiq edilə biləcəyini bildirirlər. Fotonun maddə ilə və ətraf mühitdəki digər elementlərlə necə qarşılıqlı təsir göstərdiyini tam şəkildə təsvir edə bilmək, təhlükəsiz kommunikasiya, patogenlərin aşkarlanması və ya molekulyar səviyyədə kimyəvi reaksiyaların idarə olunması kimi sahələrdə yeni nanofotonik texnologiyaların yaradılmasına imkan verə bilər.