Лазерный мир

Физики из Японии выяснили, что луч света можно заставить вести себя таким образом, что центр его интенсивности со временем начнет двигаться назад, а не вперед. Это позволит улучшить работу оптических ловушек для частиц и ускорителей материи, сообщила во вторник пресс-служба университета Осаки со ссылкой на статью в журнале Communications Physics.

«При создании такого луча центр его интенсивности сначала движется вперед со скоростью света, затем он замедляется и начинает двигаться назад, а потом опять движется вперед, перемещаясь в пространстве и времени по возвратно-поступательной траектории. Как показали наши опыты, у таких лучей есть масса практических и научных применений», — заявил доцент университета Осаки Ли Чжаоян, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Долгое время обыватели и ученые считали, что лучи света могут двигаться только по прямой линии, меняя направление движения лишь при взаимодействиях с различными предметами или оптическими приборами. Около 50 лет назад известный физик Майкл Берри показал, что при определенных обстоятельствах луч света может двигаться по параболической траектории без каких-либо взаимодействий с другими предметами.

Долгое время физики считали, что подобный характер движения света возможен лишь в теории, однако в 2007 году физики из США создали особые метаматериалы, позволяющие получать подобные закрученные пучки света. Их начали называть «лучами Эйри» в честь известного британского математика Джорджа Эйри. Впоследствии ученые создали еще одну подобную необычную вариацию пучков фотонов, получившую название «луч Бесселя», часть которого, как кажется стороннему наблюдателю, движется быстрее скорости света.

Новая форма света

Ли Чжаоян и его коллеги открыли еще более необычную вариацию подобных экзотических лучей света, способную периодически менять и скорость, и направление движения. Японские физики совершили это открытие, наблюдая за тем, как менялось поведение вспышек лазера, у которых они меняли два параметра — так называемую длину Рэлея и частотную модуляцию.

Оба этих свойства лазерных лучей, как объясняют физики, влияют на пространственную и временную форму этих вспышек света, в том числе на то, где будет находиться центр интенсивности луча и с какой скоростью или куда он будет двигаться.

Как обнаружили физики из университета Осаки, созданный ими набор из диафрагм, линз и других оптических приборов позволяет задавать такую длину Рэлея и частотную модуляцию лазерного луча, что их комбинация позволяет одновременно контролировать и темпы, и направление движения центра интенсивности. Это позволило им скомпоновать луч лазера таким образом, что самая яркая его часть начала совершать возвратно-поступательные движения.

Это свойство луча можно использовать для четкого контроля над тем, насколько ярким он будет в конкретной точке пространства и в конкретный временной период. Это крайне важно для работы оптических ловушек для атомов и заряженных частиц, используемых в работе атомных часов, а также может быть применено в различных экспериментах в области нанотехнологий, биологии и медицины.

В частности, ученые предполагают, что подобные лучи можно будет использовать для сверхбыстрой стабилизации одиночных атомов и простых молекул, а также для захвата и манипуляций положением крупных частиц и в качестве одного из компонентов лазерных ускорителей материи и генераторов плазмы.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/11304143