Явище під назвою зворотний потік було продемонстровано на досить простій системі фізиками з Варшавського університету. Два накладених світлових пучка, «закручених» за годинниковою стрілкою, можуть створювати повороти проти годинникової стрілки на невеликих ділянках.
Результати дослідження опубліковані в престижному журналі «Optica». Це відкриття може вплинути на дослідження взаємодії світла з речовиною та є кроком до спостереження квантового зворотного потоку. Дослідницька робота описана в прес-релізі на сайті Фізичного факультету Варшавського університету.
«Уявіть, що ви кидаєте тенісний м’яч. М’яч починає рухатися вперед з позитивним імпульсом. Якщо м’яч не натрапляє на перешкоду, ви не очікуєте, що він раптово змінить напрямок і повернеться до вас, як бумеранг, зазначає Бохнішиха Ґош, докторант факультету фізики Варшавського університету, цитований у реліз. – Коли ви обертаєте таку кульку, наприклад, за годинниковою стрілкою, ви також очікуєте, що вона обертатиметься в тому ж напрямку.
Однак все стає складніше, коли замість кулі ми маємо справу з частинками в квантовій механіці.
«У класичній механіці об’єкт має фіксоване положення. Тим часом у квантовій механіці та оптиці це може бути в т. зв суперпозиція станів, що означає, що даний об’єкт може перебувати в двох або більше положеннях одночасно», – пояснює д-р Радек Лапкевич, керівник лабораторії квантової обробки зображень на факультеті фізики Варшавського університету, цитований у релізі. Трапляється, що частинки в суперпозиції поводяться зовсім інакше, ніж згаданий вище тенісний м’яч – вони можуть раптово змінити напрямок і на мить рухатися назад або тимчасово обертатися в протилежному напрямку від заданого. «Фізики називають це явище зворотним потоком», — пояснює Бохнішиха Гош.
ЗВОРОТНИЙ ПОТОК В ОПТИЦІ
Зворотний потік в квантових системах експериментально поки не спостерігався. Однак це спостерігалося оптично. Теоретична робота (Якір Ааронов, Майкл В. Беррі та Санду Попеску) досліджувала взаємозв’язок між зворотним потоком у квантовій механіці та незвичайною поведінкою світлових променів. Янів Еліезер і його колеги спостерігали зворотний потік, синтезуючи складний хвильовий фронт.
Тим часом дослідники з групи Радека Лапкевича спостерігали лінійний зворотний потік у дуже простому випадку – з двома променями світла, що перекриваються.
«Мене вражає те, як несподівано поводиться світло, коли на нього дивитися зблизька», — каже доктор Анат Даніель. У публікації, опублікованій в престижному журналі “Optica”, вчені з факультету фізики Варшавського університету показали ефект зворотного потоку в двох вимірах. «Ми наклали два світлові промені, закручені за годинниковою стрілкою, і локально спостерігали повороти проти годинникової стрілки», — пояснює д-р Лапкевич.
Щоб виміряти це явище, дослідники використовували датчик хвильового фронту Шека-Хартмана. Система, що складається з масиву мікролінз, розміщених перед матрицею CMOS (комплементарний металооксидний напівпровідник), забезпечує високу чутливість двовимірних просторових вимірювань -” Ми досліджували суперпозицію двох променів, що несуть лише негативний орбітальний кутовий момент, і спостерігали , в темних областях інтерференційної картини позитивний локальний орбітальний момент. Це азимутальна зворотна течія», — каже Бернард Горжковскі, аспірант лабораторії квантової обробки зображень на факультеті фізики Варшавського університету.
Світлові пучки з азимутальним (спіральним) співвідношенням фаз, які несуть орбітальний кутовий момент, вперше були експериментально створені за допомогою циліндричних лінз. З тих пір вони знайшли численні застосування – їх можна використовувати для оптичного зв’язку, мікроскопії або для виробництва оптичних пінцетів.
КОЛИ ФІЗИК ГРАЄ БЕТХОВЕНА
Як підкреслюють вчені, описане ними явище можна інтерпретувати як суперосциляції. Ми говоримо про суперосциляції, коли, накладаючи хвилі з заздалегідь обмеженими частотами, ми можемо знайти локально вищі частоти в отриманій хвилі, ніж найвища, яку ми використали для синтезу нашого хвильового пакету. Суперосциляції вперше були описані в 1990 році Якіром Аароновим і Санду Попеску. Пізніше Майкл Беррі у своїй публікації «Швидше за Фур’є» проілюстрував силу суперосциляцій, показавши, що теоретично можливо відтворити «Дев’яту симфонію Бетховена» лише за допомогою звукових хвиль із частотою нижче 1 герца — настільки низькою, що її не чутно. людей. (Однак це дуже непрактично, тому що амплітуда (гучність) таких акустичних суперколивань буде дуже малою).
«Зворотний потік, який ми представили, є проявом швидких фазових змін, що може бути важливим у додатках, пов’язаних із взаємодією світло-матерії, таких як оптичне захоплення або надточні оптичні годинники», — каже Бохнішиха Гош.
Дослідження фінансував Фундація польської науки в рамках проекту FIRST TEAM.
Наука в Польщі
lt/agt/
