摘要：一种新的理论解释了在量子水平上的光与物质如何相互作用使研究人员首次定义单个光子的精确形状。...

一种新的理论解释了在量子水平上的光与物质如何相互作用使研究人员首次定义单个光子的精确形状。

伯明翰大学的研究，发表在物理评论信，，，，以前所未有的细节探索光子（单个光线颗粒）的性质，以显示它们如何被原子或分子发射并由其环境塑造。

这种相互作用的性质导致光线存在并在其周围环境中传播或旅行的无限可能性。但是，这种无限的可能性使得相互作用异常难以建模，这是量子物理学家一直在努力解决数十年的挑战。

通过将这些可能性分组为不同的集合，伯明翰团队能够生成一个模型，不仅描述了光子和发射极之间的相互作用，而且还描述了这种相互作用的能量如何传播到遥远的“远场”。

同时，他们能够使用计算来产生光子本身的可视化。

第一作者的本杰明·尤恩（Benjamin Yuen）博士在大学物理学院（Benjamin Yuen）解释说：“我们的计算使我们能够将一个看似无法解决的问题转换为可以计算的东西。而且，几乎作为模型的双重产品，我们能够产生这种光子的形象，这是在物理学中从未见过的。”

这项工作很重要，因为它为量子物理学家和材料科学开辟了新的研究途径。通过能够精确定义光子如何与物质及其环境的其他元素相互作用，科学家可以设计新的纳米光子技术，这些技术可以改变我们牢固地沟通，检测病原体或控制分子水平上的化学反应的方式。

伯明翰大学的合着者，安吉拉·德米特里杜杜（Angela Demetriadou）教授说：“环境的几何形状和光学特性对光子的发射方式产生了深远的影响，包括定义光子形状，颜色，甚至存在可能存在的可能性。”

本杰明·尤恩（Benjamin Yuen）博士补充说：“这项工作有助于我们增加对光和物质之间能量交换的理解，其次，以更好地了解光线如何散发到附近且遥远的周围环境中。以前有很多这些信息只是被认为是“噪音” - 但是它中有很多信息，但是我们现在可以通过这种情况来理解这种信息。改善了光伏能量电池或量子计算。”