Fizikte daha önce görülmemiş şey: Fotonun şekli işte karşınızda
Bilim insanları elektromanyetik alanda mümkün olan en küçük enerji şekli olan, hepimizin ışık parçacığı olarak bildiği tek bir fotonun şeklini ortaya koydu.
Fotoğraf: Benjamin Yuen İngiltere’de Birmingham Üniversitesi’nden araştırmacılar ışık ve maddenin nasıl etkileşime girdiğini anlamak amacıyla bir bilgisayar modeli oluşturdu. Bunu yapmak hiç de kolay bir iş olmasa da ekip sorunu basitleştirecek bir strateji geliştirmeyi başardı. Bu stratejiyi geliştirirken bambaşka bir şeyi daha başardılar: Tek bir fotonun yani ışık parçacığının şeklinin nasıl olduğunu gösteren bir görüntü elde ettiler.
Işık hem dalga hem de parçacık gibi davranabilir, ki buna “dalga parçacık ikiliği” denir. Yani ışık dalgalar şeklinde yayılırken ışık enerjisi de fotonlar dediğimiz parçacıklar halinde bulunabilir. Fotonlar atomlarla etkileşime girebiliyor. Bu etkileşimleri kuantum mekaniği için de çok önemli. Günlük yaşamımızdaki birçok teknoloji, fotonların maddeyle etkileşime dayanıyor. Bunlardan bazıları güneş panelleri ve lazerler.
Dolayısıyla fotonlarla maddeler arasındaki etkileşimin doğasına çok daha yakın bir pencereden bakmak önemli. Ne var ki fotonlar maddeye çarptığında ya da ortamda hareket ederken birçok farklı şekilde davranabilir. Bu da bilgisayar modeli oluşturmadaki zorluğu yaratan şey. Araştırmacılar karmaşıklığı çözmek için olasılıkları basitleştirdiler. Yani fotonların önündeki sonsuz etkileşim seçeneği yerine daha az ve belirli bir dizi etkileşim senaryosu üstünde durdular. Buna ek olarak fotonun bir kaynaktan çıkışını ve uzak bir yere nasıl gittiğini anlamaya çalıştılar.
Physical Review Letters’de yayınlanan çalışmanın başyazarı Benjamin Yuen “Hesaplamalarımız çözülemez gibi görünen bir problemi hesaplanabilir bir şeye dönüştürmemize yardım etti. Bunun bir yan kazancı olarak da fotonun görüntüsünü elde edebildik, ki fizikte daha önce bu başarılamamıştı” dedi.
Bir fotona belli bir şekil vermek başka bir zorluk. Bunun da sebebi yine bu dalga parçacık ikiliğinden kaynaklanıyor. İşte kapakta gördüğünüz o görüntü fotonun görüntüsü.
Oyunlar ve Bulmacalar