Фізики відкрили нову форму світла

Фізики з дублінського Трініті-Коледж відкрили нову форму світла, змусивши наукову спільноту переглядати свої погляди на природу цього явища.

Схоже, щось радикальне все ще може трапитися й у нашому, 21 сторіччі. Та, хто б міг подумати, що предметом наукової інтриги стане світло?

Світло складається з потоку квантових частинок — фотонів, і однією з головних характеристик цих частинок, яку можна виміряти за допомогою певних інструментів, є кутовий момент або момент імпульсу. Досі науковці вважали, що фотон може мати кутовий момент, кратний певній величні під назвою Стала Планка. Загалом, це всього на всього число, яке характеризує інтенсивність, з якою квантові ефекти проявляють себе у нашому Всесвіті. Стала Планка є однією з фундаментальних величин, і цим вона схожа на гравітаційну сталу, яка так само характеризує інтенсивність взаємодії між тілами у космосі.

Експерименти не брешуть?

Нещодавно професор Пол Істхем та аспірант Кайл Балантін зі Школи фізики у Трініті-Коледжу в Ірландії, а також професор Джон Донеган з дослідницького центру CRANN у тому ж закладі, експериментально  продемонстрували існування фотонів, кутовий момент яких дорівнює лише половині від Сталої Планка. На перший погляд, незначна різниця для усієї фізики виявилась справжньою несподіванкою.

Ми займаємося визначенням способу зміни поведінки світла та хочемо з’ясувати, наскільки це буде корисним. Що найбільш надзвичайно, на мою думку, так це те, що навіть ця фундаментальна характеристика світла, яку фізики вважали сталою, виявилась змінною.

– розповів професор Пол Істхем.

Команда дослідників скористалася ефектом, відкритим у тому ж науковому закладі майже 200 років тому. У 1830-х фізик Хемфрі Ллойд з’ясував, що, проходячи крізь оптичний кристал, світловий потік приймає форму порожнього циліндра. З цим методом Балатін та Донеган навчилися генерувати потоки світла зі структурою, схожою на викрутку.

trinitycollege
Трініті-Коледж, Дублін, Ірландія. Джерело: rasset.ie

Використовуючи теорію квантової механіки вчені вирахували, що кутовий момент окремих фотонів має складати лише половину Сталої Планка, тому фізики провели експеримент, щоби перевірити свої припущення. За допомогою спеціального інструментарію, вони змогли виміряти кутовий момент та відхилення, спричинені квантовими ефектами. Експерименти показали зміщення величини моменту на половину.

Моє дослідження сфокусоване на нанофотоніці, яка вивчає поведінку світла у нанометрових масштабах. Потік світла характеризується своїм кольором або довжиною хвилі та менш відомою характеристикою — кутовим моментом. Кутовий момент показує те, наскільки щось обертається. Для потоку світла, хоча він й подорожує по прямій лінії, це може бути обертання довкола власної вісі. Тож, коли вранці світло від дзеркала влучає вам у око, кожний фотон, так чи інакше, трохи обертає ваше око.

– пояснив професор Джон Донеган.

Фізики-теоретики, починаючи з 80-х рр. минулого сторіччя, лише робили припущення на рахунок того, як поводить себе світло, коли фотони можуть розповсюджуватись лише у двох вимірах у тривимірному просторі. Вони очікували, що квантові частинки почнуть демонструвати нові дивні властивості, зокрема матимуть дрібні квантові числа. Робота ірландців показала, що попередні припущення можуть бути реалізовані на прикладі фотонів.

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або