Фізики виявили нову властивість світла

Здавалося б, за останні двісті років фізики вивчили світло уздовж і поперек, і нічого нового про нього дізнатися вже просто неможливо. Однак в останньому номері журналу Science дослідники з Іспанії і США повідомили , що їм вдалося відкрити нову властивість світла, яке раніше навіть не передбачалося. Вони отримали пучок світла із змінним в часі обертанням. Нове властивість отримало назву власного крутного моменту.

Створення закрученого світла, пропусканням його через скляну пластинку з товщиною, що збільшується по спіралі (зображення університету Саламанки).

Падіння двох закручених лазерних імпульсів на хмару аргону (зображення університету Саламанки).

Вихідний промінь із змінним обертанням (зображення університету Саламанки).

Теоретична (g) та експериментальна (h) інтенсивність променя в поперечному його перетині (зображення зі статті авторів на сайті arxiv.org).

Світлова хвиля схожа на штопор, закручений навколо напрямку поширення. Такий світловий промінь називають також вихровим. Фізики кажуть, що він володіє кутовим орбітальним моментом. Це властивість світла знайшло застосування в оптичній зв'язку, мікроскопії, квантової оптики і маніпулюванні мікрочастинками. Однак усі отримані до цього моменту вихрові промені були статичними, тобто не змінювалися в часі.

Автори даної роботи отримали світловий промінь із змінним з часом поворотом. Вони порівняли його з виром, який прискорює обертання. Найголовніше, що зміна обертання не було пов'язано з яким-небудь впливом на світло. Він змінював швидкість обертання сам, без сторонньої допомоги.

В експерименті дослідники пропускали через хмару газоподібного аргону перекриваються імпульси закрученого світла від двох ультрафіолетових лазерів. В результаті взаємодії на виході із хмари виходив об'єднаний вихровий промінь. Виявилося, що якщо імпульси мають різний орбітальний момент і невелику затримку відносно один одного, то промінь на виході має змінюється з часом обертання, контролювати яке можна зміною часу затримки. Інтенсивність цього променя в поперечному перерізі має форму півмісяця.

При високих значеннях орбітального моменту падаючих імпульсів час зміни орбітального моменту результуючого променя багато менше довжини імпульсу і мають фемтосекундний (10-15 с) масштаб. Такі вихрові промені в перспективі можуть знайти застосування для надшвидкого управління наноструктурами і атомами. Можливо, вони відкриють нові напрямки використання світла в оптичній зв'язку та квантової оптики.

Фото: nkj