长得像柠檬：科学家首次获得单一光子图像

陪着寂寞看孤单

但这只是它的一种形态。

新技术展现了单一光子在特定环境中的形态。Ben Yuen / Angela Demetriadou
英国伯明翰大学的学者近日称，他们使用一种特殊的方法，首次获得了产生自纳米粒子表面的单一光子图像。相关方法论可以帮助科学家计算和理解量子粒子的多种特性，并在量子计算、光伏设备和人工光合作用等领域开辟新的可能。
光有量子特性已是公论。100多年来科学家通过各种实验不断证明着光同时具有波和粒子的双重属性。但在基础层面上对光量子本性的理解却依然落后。人们对光子的产生和发射，对光子和物质在量子层面相互作用的方式，以及光子在时空中变化的方式认识有限。
光的量子本性意味着这些问题的答案可能是无穷的。我们可以把光子视为电磁场的一种基础激发态。它们是不同频率的连续体，它们中的每一个都有可能被激发。我们可以把这些连续体分割开来，但在被分割的各部分内部，在任意两点之间，依然存在着无限多的可能。
光子的特性在很大程度上取决于环境的特性，而这会使计算过程变得极端复杂。我们可能需要解开无穷多个方程才能获得答案。而伯明翰大学的科学家通过一个数学技巧，极大地简化了这一过程。
使用新的方法，研究人员模拟了纳米粒子表面产生的光子特性，描述了它们和发射体的相互作用，以及它们是如何从源头产生并传播的。在这些研究成果的基础上，研究人员生成了有史以来首张单一光子图像。图像中的光子看起来就像一个柠檬。
但这只是光子的一相。研究人员表示，光子的形态实际上会随着环境的变化而变化。图像仅表明光子在当时的那种条件下所表现出来的样子。