Naukowcy z Trinity College Dublin odkryli nową formę światła. Może ona zmienić nasze rozumienie natury zjawiska światła.

Ilustracja skręconych fotonów światła, z połową całkowitego momentu pędu. (Dzięki uprzejmości: John Donegan / Trinity College Dublin)

Ilustracja strumienia skręconych fotonów światła, z połową całkowitego momentu pędu. (Dzięki uprzejmości: John Donegan / Trinity College Dublin)

Jedną z mierzalnych cech światła jest jego moment pędu. Dotychczas sądzono, że w wielu formach światła moment pędu jest wielokrotnością stałej Plancka. Tymczasem doktor Kyle Ballantine i profesorowie Paul Eastham oraz John Donegan odkryli nową formę światła, w której moment pędu każdego fotonu przyjmuje wartość połowy stałej Plancka.

Badamy, w jaki sposób można zmienić zachowanie światła i jak to wykorzystać. To niezwykle ekscytujące odkrycie, gdyż pokazuje, że nawet podstawowe właściwości światła, o których sądziliśmy, że są niezmienne, mogą zostać zmienione – mówi profesor Eastham. W swojej pracy naukowej zajmuję się nanofotoniką, czyli badaniem zachowania światła w skali nano. Promień światła charakteryzuje się kolorem lub długością fali oraz mniej znaną właściwością – momentem pędu. Moment pędu mierzy głównie ruch obrotowy obiektu. Promień światła, chociaż podróżuje po prostej, może też obracać się wokół własnej osi – stwierdza profesor Donegan. Nasze odkrycie będzie miało realny wpływ na badania nad naturą światła i znajdzie zastosowanie np. w bezpiecznej komunikacji optycznej – dodaje.

“Światło zawsze interesowało fizyków i było jednym z najlepiej rozumianych zjawisk. To odkrycie jest prawdziwym przełomem. Rzuca ono wyzwanie naszemu rozumieniu natury światła” – zauważa profesor Stefano Sanvito z CRANN Institute.
Ballantine, Eastham i Donegan przepuścili światło przez pusty cylinder, by uzyskać strukturę na kształt korkociągu. Analizując wynik eksperymentu doszli do wniosku, że moment pędu fotonu będzie wyrażony połową liczby całkowitej i zaprojektowali eksperyment, by to sprawdzić. Wykazał on, że moment pędu każdego fotonu wyniósł połowę stałej Plancka.

Do analizy wiązki światła całkowitego momentu pędu, naukowcy zastosowali obracane elementy orbitalne i wirujące na różnych wysokościach: odpowiednio 180 ° i 90 °. To pozwoliło im uporządkować fotony na dwie grupy o pół-wartościach: te które mają + ħ/2 i innych mających – ħ/2. Aby upewnić się, że poszczególne fotony miały moment pędu ħ/2 zmierzono w wiązce “Szum śrutowy“. Parametr ten będzie niższy, jeśli kwantowy przepływ momentu pędu jest mniejszy, i to właśnie zaobserwowano.

Fizycy od lat 80. ubiegłego wieku zastanawiali się, jak zachowują się cząstki poruszające się wyłącznie w dwóch wymiarach trójwymiarowej przestrzeni. Stwierdzili, że mielibyśmy wówczas do czynienia z wieloma niezwykłymi zjawiskami, w tym z cząstkami, których wartości kwantowe byłyby ułamkami. Teraz udowodniono to dla światła.

Polecane:

Nowo odkryta planetoida 2012 LZ1 zbliży się w nocy do Ziemi na 14 odległości Ziemia-Księżyc, ma pół ...
Satelita obserwacyjny Landsat 5 spędził na orbicie rekordowe 29 lat, zrobił 2.5 mln fotografii i okr...
USA - Lej krasowy o głębokości 4 metrów w miasteczku Holiday na Florydzie
Japonia - Silne, ale głębokie trzęsienie ziemi w pobliżu wyspy Ryukyu w prefekturze Okinawa, magnitu...
Kongo - Wybuchła epidemia krwotocznego zapalenia przewodu pokarmowego, zmarło już 70 osób, 600 zaraż...
Niezwykła sytuacja nad oceanami, nad Atlantykiem jednocześnie pojawiły się aż 3 cyklony, a na Pacyfi...
W najbliższy weekend może wzrosnąć aktywność sejsmiczna [Forum]
USA - "Przez przypadek" dane wszystkich amerykańskich wyborców dostępne były przez 12 dni ...
Lank O'Lakes, USA - Lej krasowy szeroki na 60 metrów i głęboki na 30 metrów pochłonął 2 domy na Flor...