Физики обнаружили новое свойство света

Казалось бы, за последние двести лет физики изучили свет вдоль и поперек, и ничего нового о нем узнать уже просто невозможно. Однако в последнем номере журнала Science исследователи из Испании и США сообщили, что им удалось открыть новое свойство света, которое ранее даже не предсказывалось. Они получили пучок света с изменяющимся во времени вращением. Новое свойство получило название собственного крутящего момента.

Создание закрученного света, пропусканием его через стеклянную пластинку с толщиной, увеличивающейся по спирали (изображение университета Саламанки).

Підписуйтеcь на наш Telegram-канал Lenta.UA - ЄДИНІ незалежні новини про події в Україні та світі

Падение двух закрученных лазерных импульсов на облако аргона (изображение университета Саламанки).

Выходной луч с изменяющимся вращением (изображение университета Саламанки).

Теоретическая (g) и экспериментальная (h) интенсивность луча в поперечном его сечении (изображение из статьи авторов на сайте arxiv.org).

Световая волна похожа на штопор, закрученный вокруг направления распространения. Такой световой луч называют также вихревым. Физики говорят, что он обладает угловым орбитальным моментом. Это свойство света нашло применение в оптической связи, микроскопии, квантовой оптике и манипулировании микрочастицами. Однако все получаемые до этого момента вихревые лучи были статичными, то есть не изменялись во времени.

Авторы данной работы получили световой луч с изменяющимся со временем поворотом. Они сравнили его с водоворотом, который ускоряет вращение. Самое главное, что изменение вращения не было связано с каким-либо воздействием на свет. Он изменял скорость вращения сам, без посторонней помощи.

В эксперименте исследователи пропускали через облако газообразного аргона перекрывающиеся импульсы закрученного света от двух ультрафиолетовых лазеров. В результате взаимодействия на выходе из облака получался объединённый вихревой луч. Оказалось, что если импульсы имеют разный орбитальный момент и небольшую задержку относительно друг друга, то луч на выходе имеет изменяющееся со временем вращение, контролировать которое можно изменением времени задержки. Интенсивность этого луча в  поперечном сечении имеет форму полумесяца.

При высоких значениях орбитального момента падающих импульсов время изменения орбитального момента результирующего луча много меньше длины импульса и имеют фемтосекундный (10–15 с) масштаб. Такие вихревые лучи в перспективе могут найти применение для сверхбыстрого управления наноструктурами и атомами. Возможно, они откроют новые направления использования света в оптической связи и квантовой оптике.

Фото: nkj