13. decembra 2024
foton

Zistili sme, ako vyzerá jeden fotón?

Vyšla štúdia, ktorá by zostala v centre pozornosti relatívne malej komunity – v trochu novom formalizme popisuje, ako prebieha vyžarovanie elektromagnetického signálu. Modelová situácia je malá nanočastica s elektromagnetickým dipólom vo sférickej dutine – však to poznáte. V článku ide o obmenu matematického formalizmu a väčšinu z neho tvorí žonglovanie so vzorcami. Štúdia však obletela svet, teda aspoň jeden obrázok z nej – zobrazuje vraj totiž prvýkrát jediný fotón.

Tak si ju teda pozrel a čuduj sa svete, tento obrázok sa v nej nenachádza. Úplne na konci je však doplnkový materiál s dvomi animáciami a myslím, že daný obrázok vzišiel práve z nich. A síce popis animácií naozaj je „jeden fotón emitovaný kvantovým žiaričom do prostredia“, tento obrázok je pomerne zavádzajúci.



Typickým postupom pri riešení zložitých úloh je, že si ich rozbijeme na drobné. Ak chcete analyzovať napríklad vlnu, rozložíte si ju na jednotlivé sínusovky. Ak chcete analyzovať úlohy v troch rozmeroch, ktoré majú nejaké sférické aspekty – napríklad sa dejú vo sférickej dutine –, tak aj na to existujú špeciálne funkcie, namiesto sínusoviek to sú takzvané „sférické harmoniky“.

Autori štúdie skúmajú problematiku všeobecne, no v druhej časti práce pre ilustrácie vyberú pár konkrétnych prípadov. To znamená, že zadali parametre žiariča a dutiny a pre ne sa pozreli, ako to celé dopadne. V jednom skúmanom prípade sa ukázalo, že keď riešenie rozložia do harmoník, tak dominujú dve z nich. A práve tieto sa tak vizuálne prejavia.

Ak by vybrali iné parametre simulácie, vyzeralo by to inak. Ten tvar, o ktorom si ľudia myslia, že predstavuje fotón, v skutočnosti nehovorí o tom, aký tvar jeden fotón má – pokiaľ vieme, nemá rozmer ani tvar – ale ako sa správa najmenšia možná dávka žiarenia v tejto jednej konkrétnej situácii. Technicky vzaté je to možno správne nazvať fotónom, no zobrazený tvar nám viac hovorí o danom žiariči než o fotóne.

Nanešťastie sa takéto zavádzajúco okomentované ilustrácie šíria ako lesný požiar. Nie je tomu dávno, čo internetom chodili kvantovo-previazané fotóny, ktoré pripomínali symbol Ying-Yang (viď titulka). V danej štúdii sa však písalo, že tento tvar bol súčasťou experimentálneho nastavenia a cieľom bolo ho zrekonštruovať. Ak by tam dali Macka Pu, vo výsledku by dostali Macka Pu. Ľuďom mohlo prísť podozrivé, že zobrazené fotóny majú podľa škály asi centimetrovú veľkosť.

Myslím, že v oboch prípadoch postupovali vedecké tímy korektne a v rámci komunity je každému jasné, čo chceli povedať. Popularizačné články o týchto – inak v oboch prípadoch naozaj zaujímavých – objavoch boli napísané tak, že, ehm, ponechali istý priestor na interpretačnú chybu. Je to podľa mňa škoda, veda predsa nepotrebuje takéto fantastické správy, aby zaujala. Aspoň dúfam.

[Samuel]

PS: Sférické harmoniky sa používajú aj na opis elektrónov v okolí jadra a súvisia s orbitalmi, ktoré poznáme z chémie.

Pridaj komentár