Физики скрутили лазерные лучи в ряд странных узлов

Мы все знаем, что такое узлы, но для них это гораздо больше, чем завязывать шнурки вместе. Вся область топологии связана с тем, как математические пространства запутываются, когда они деформируются. Как заметил Живая Наука команда ученых из университетов Оттавы, Рочестера, Бирмингема и Бристоля овладела колдовством в этой области и сумела «связать» расщепленные лазерные лучи в ряд узлов.

Прежде чем мы объясним, как именно этот магический трюк был осуществлен, давайте немного вспомним, что такое свет на самом деле.

Свет - это электромагнитная волна, генерируемая вибрацией электрических зарядов. Хотя движение волны может быть, скажем, слева направо, вибрация этих зарядов вверх и вниз, перпендикулярно распространению волны.

Теперь, если эта световая волна вибрирует более чем за один самолет - в отличие от, скажем, прямо вверх и вниз - тогда вы бы назвали этот неполяризованный свет. Если они все вибрируют в одной плоскости, то это линейно поляризованный свет. Поляризации довольно легко достичь - в конце концов, ваши очки делают это. Все, что вам нужно сделать, это отфильтровать несколько плоскостей вибрации и пропустить только одну.

Есть другие способы также поляризовать свет: вы также можете получить круговую поляризацию, после чего у вас будут две вибрационные плоскости, которые находятся под прямым углом друг к другу, и связанные с ними электрические поля образуют круг по мере приближения света. Эллиптическая поляризация очень похожа, но самые высокие точки обеих плоскостей вибрации неравны.

Линии электрического поля движутся вокруг поляризованной вправо волны. Dave3457 / Wikimedia Commons; Всеобщее достояние

Теперь упомянутые выше ученые чрезвычайно заинтересованы в свойствах света. Чтобы поближе познакомиться, они решили скрутить лазерный луч в узлы. Однако свет нельзя связать так же, как кусок нити; вместо этого, именно эти полевые линии вдоль этих плоскостей перепутаны.

Эти линии электрического и магнитного поля уже, как было показано, образуют «узлы», когда исходные лазерные лучи были сфокусированы, причем наиболее сложные формы являются форма тора , На этот раз международная команда подняла ставку, и, как сообщалось в Физика природы , впервые создал узел цифра-8.

Экспериментально измеренный узел, созданный командой. Бристольский университет

Это было нелегко. Во-первых, им пришлось запустить линейно поляризованный луч света через перчатку модуляторов, которые разделили его на две части, прежде чем их установка манипулировала ими и накладывала их. Затем оптический фильтр сделал их поляризованными по кругу, что позволило спутать их поля.

Все это может показаться немного тривиальным, но эти узлы влияют как на свойства света, так и на пространство вокруг них. Есть вероятность, что однажды они станут частью информационных систем на основе света, поэтому, чем больше мы понимаем о них, тем лучше.