Uma equipe de cientistas da Universidade de Birmingham conseguiu desvendar a forma de um fóton individual, usando um novo modelo que descreve suas interações com a matéria circundante, com detalhes sem precedentes, para mostrar como eles são emitido por átomos ou moléculas.

Os fótons são as partículas fundamentais que compõem a luz e outros tipos de radiação eletromagnética, como ondas de rádio ou micro-ondas, que usamos para aquecer água ou alimentos. São pequenos “pacotes” de energia que não possuem massa nem carga elétrica, mas possuem propriedades como velocidade: viajam sempre na velocidade máxima do universo, conhecida como velocidade da luz no vácuo, aproximadamente 300 mil km/s. . Eles também têm frequência e comprimento de onda específicos, que determinam sua cor ou tipo de radiação.

A natureza da interação desses pacotes de luz com seu ambiente tem possibilidades infinitas, o que torna essas interações excepcionalmente difíceis de modelar, e é um desafio que os físicos quânticos vêm tentando resolver há várias décadas. A equipe de físicos de Birmingham conseguiu agrupar essas possibilidades em vários conjuntos, criando um modelo que descreve não apenas as interações, mas também como a energia viaja nesse processo.

"Nossos cálculos nos permitiram transformar um problema aparentemente intratável em algo que pode ser calculado. E, quase como um subproduto do modelo, fomos capazes de produzir esta imagem de um fóton, algo que não havia sido visto antes em física", comentou o Dr. Benjamin Yuen, principal autor do trabalho. “A geometria e as propriedades ópticas do ambiente têm consequências profundas na forma como os fotões são emitidos, incluindo a definição da forma, da cor e até da probabilidade de existirem”, acrescentou a professora Angela Demetriadou, co-autora do estudo.

Os fótons são “pacotes” de energia eletromagnética (Wikipedia).

Esta descoberta, além de ser um importante avanço teórico, terá aplicações práticas, incluindo o design de tecnologias nanofotônicas, sensores mais sensíveis, tecnologias de comunicação mais seguras, células solares mais eficientes e avanços na computação quântica.

"Este trabalho ajuda-nos a aumentar a nossa compreensão da troca de energia entre a luz e a matéria e, em segundo lugar, a compreender melhor como a luz se irradia para o seu ambiente próximo e distante. Até agora, grande parte desta informação "era considerada ´ruído, ´ mas agora podemos entendê-lo e usá-lo. Ao compreender isso, estabelecemos as bases para sermos capazes de projetar interações luz-matéria para aplicações futuras", concluiu Yuen.