Физики закрутили «жидкий свет» до небывалых скоростей в классическом эксперименте Ньютона с вращающимся ведром
Исследователям из Сколтеха, Саутгемптонского и Исландского университетов удалось создать квантовые вихри во вращающемся резервуаре с «жидким светом», решив давнюю экспериментальную проблему. Ученые попытались концептуально воспроизвести эксперимент Ньютона: когда при вращении ведра с водой в центре образуется вихрь, напоминающий закручивающуюся воронку воды в стоке раковины. Однако при использовании сверхтекучих веществ, таких как жидкий гелий и атомные бозе-эйнштейновские конденсаты, которые обладают нулевым трением, получается совершенно иная картина. В отличие от обычных жидкостей, закручивающихся при вращении в одиночный вихрь, сверхтекучие жидкости при частоте, превышающей некоторое критическое значение, образуют множество квантованных вихрей. Примечательно, что чем быстрее происходит вращение, тем больше вихрей образуется.
Статья об исследовании опубликована в журнале Science Advances. В случае поляритонного конденсата — так называемого жидкого света, образующегося при криогенных температурах в результате установления сильной связи между светом и веществом (фотонами и экситонами) — жидкость создавалась в «ведре» из лазерного излучения. Ученые показали, что, если имитирующий ведро лазерный луч вращается, поляритонный конденсат внутри него также начинает вращаться, и при превышении некоторой критической частоты вращения в его центре образуется квантовый вихрь.
До сих пор получить такой вихрь не представлялось возможным из-за ограничений по скорости вращения «ведра». В силу динамики поляритонов для создания квантового вихря в жидком свете необходимо, чтобы резервуар вращался с гигагерцевой частотой, а такой уровень частот на много порядков превышает возможности лабораторных установок, используемых для формирования лазерного излучения: их максимальная частота значительно ниже 100 Гц.
Аспирант Сколтеха Иван Гнусов разработал оптическую установку, позволяющую преодолеть это ограничение. Установка была создана в Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха под руководством профессора Павлоса Лагудакиса. Предложенный подход основан на использовании двух лазерных лучей с незначительной разницей в энергии излучения. При их объединении возникают биения и образуется луч, вращающийся с частотой, соответствующей разнице между энергиями исходных лучей.
Разработанная методика прошла успешную апробацию в ходе эксперимента, где Гнусову и его коллегам — научному сотруднику Сколтеха Сергею Аляткину и младшему научному сотруднику Кириллу Ситнику — удалось получить квантованные вихри в жидком свете в узком интервале частот вращения. При этом направления вращения вихрей и «ведра» совпадают, а значит, жидкий свет в буквальном смысле закручивается лазерным излучением. Полученные экспериментальные результаты подтверждаются численным моделированием и теоретическими расчетами, выполненными коллегами из других организаций. В поляритонных конденсатах вихри возникают в узком диапазоне частот вращения — от одного до четырех ГГц, что более чем в миллиард раз выше, чем для сверхтекучего гелия, и в 10 миллионов раз выше, чем для атомных бозе-эйнштейновских конденсатов.
Разработка ученых не только является блестящей реализацией фундаментальных законов физики жидкого света, но и открывает возможности для исследования сверхтекучести поляритонных конденсатов в одном ряду с другими сверхтекучими жидкостями. Кроме того, эта работа демонстрирует возможность полностью оптического контроля над структурированным жидким светом, открывая новый подход к созданию вихрей. Наконец, применение к поляритонам высокоскоростной световой модуляции может положить начало принципиально новому направлению в поляритонике.
Хотите узнать больше об исследованиях Лаборатории гибридной фотоники? Приглашаем вас на сайт лаборатории, где вы сможете познакомиться с ее сотрудниками, последними научными публикациями и программой семинаров по поляритонике. Экспериментальная часть проекта выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований.
Telegram 
Дзен 
VK Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно