تمكن باحثون من جامعة «آي تي إم أو» الروسية من تطوير منهج جديد يسمح بدراسة تشكل مجال الفوتون وانتشاره داخل المادة لحظة بلحظة، بدلاً من الاكتفاء بمقارنة الحالة الكمومية قبل انبعاث الفوتون وبعده.
ويعتمد الأسلوب على دالة ويغنر، التي تتيح وصف النظام الكمومي بالاعتماد على الموقع والزخم معاً، ما يسمح برسم صورة أكثر تفصيلاً لسلوك المجال الضوئي في الزمان والمكان، خصوصاً في المنطقة القريبة من مصدر الإشعاع حيث يكون الفوتون في طور التشكل.
واختبر الباحثون طريقتهم على إشعاع تشيرينكوف، الذي يحدث عندما يتحرك جسيم مشحون داخل وسط مادي بسرعة تفوق سرعة انتشار الضوء في ذلك الوسط.
وينتج عن تفاعل الجسيم مع المادة إشعاع يتجمع في بنية مخروطية مميزة.
وأخذ النموذج الجديد في الاعتبار تأثير تشتت الوسط المادي، أي اختلاف معامل الانكسار باختلاف تردد الضوء، إلى جانب الخصائص الكمومية للجسيم الباعث.
وأظهرت الحسابات أن تفاصيل إشعاع تشيرينكوف لا تقتصر على احتمال انبعاث الفوتون، بل يمكن أن تكشف أيضاً عن شكل المجال الضوئي، ومدة النبضة، وتوقيت وصول الفوتون، وكيفية تغير المجال أثناء انتقاله داخل المادة.
كما وجد الباحثون أن مجال الفوتون في المراحل الأولى من تشكله يحتفظ بارتباط مكاني مع الإلكترون الذي أصدره، ما قد يسمح باستخلاص معلومات عن خصائص حالته الكمومية، بما فيها حجمه ومدى تماسكه المكاني.
ولا يتطلب ذلك مراقبة الفوتون بصورة مباشرة أثناء حركته، وهي عملية تؤثر في حالته الكمومية، إذ يمكن استخدام التصوير المقطعي الكمومي لإعادة بناء حالته اعتماداً على مجموعة كبيرة من القياسات.
ويعتقد الباحثون أن المنهج قد يساهم مستقبلاً في دراسة عمليات انبعاث الضوء بصورة أكثر تفصيلاً، وربما توسيعه لتحليل الأنظمة التي يتفاعل فيها الإلكترون والفوتون معاً.
