Новый эксперимент переворачивает представления о природе закрученного света
Международная группа физиков из России (включая ученых ТГУ), Казахстана и Японии экспериментально зафиксировала необычное явление: стрела, движущаяся прямолинейно, оставляет за собой след в форме винтовой спирали. Это противоречит классическим представлениям, но было подтверждено в эксперименте с переходным излучением. Открытие меняет существующие взгляды на природу закрученного света и имеет значительные перспективы как для фундаментальных исследований, так и для прикладных технологий.
Явление переходного излучения — электромагнитных волн, возникающих при пересечении заряженной частицей границы двух сред, – было теоретически предсказано еще в середине XX века Виталием Гинзбургом и Ильёй Франком. Долгое время считалось, что все свойства этого излучения известны, пока в 2019 году группа российских физиков-теоретиков из Томского государственного университета – Олег Богданов, Пётр Казинский, Пётр Королёв, Георгий Лазаренко – и Тимур Тухфатуллин из Алматинского филиала МИФИ не занялась исследованием его орбитального углового момента (ОУМ).
Все известные до сих пор источники закрученных фотонов – фотонов с ОУМ – требовали создания условий, в которых, так или иначе, присутствует спиральная симметрия:
- Спиральные траектории электронов в ондуляторах;
- Спиральные фазовые пластинки, через которые пропускается лазерный пучок плосковолновых фотонов;
- Спиральная структура среды, через которую проходит излучение или пролетают заряженные частицы.
Прорывная идея российских физиков заключалась в том, что вихревое излучение, то есть излучение с ОУМ, может возникать и при прямолинейном движении электронов, если соблюдены условия когерентности излучения и сгусток электронов достаточно мал.
Проверить эту идею на практике решили японские физики-экспериментаторы под руководством Юити Такабаяши. Подготовка к эксперименту шла два года при консультационной поддержке ученых физического факультета ТГУ.
В синхротронном центре SAGA Light Source японские физики направили пучок электронов с энергией 220 МэВ на мишень в виде позолоченной пластинки. Длина пучка и его поперечные размеры были подобраны так, чтобы выполнялось условие когерентности излучения, обеспечивающее генерацию закрученных фотонов. Для анализа углового момента переходное излучение пропускали через два типа апертур:
- Треугольную апертуру, дающую характерную дифракционную картину с тремя яркими пятнами;
- Двойную щель, смещающую интерференционные полосы при наличии ОУМ.
Результат оказался элегантным и точно таким, как предсказывала теория российских физиков:
- При круговой поляризации s = ±1 излучение приобретало ОУМ l = ∓1;
- Полный угловой момент сохранялся: m = l + s = 0.
– Самое удивительное, что ОУМ оказался свойственен даже такому «простому» излучению, как переходное. Это значит, что закрученные фотоны могут быть вокруг нас, например, в космических лучах, бомбардирующих атмосферу. Мы привыкли думать, что для создания вихря нужен вихрь. Однако оказалось, что даже прямолинейность может порождать спираль, если смотреть достаточно внимательно, – комментирует результаты работы профессор физического факультета Томского государственного университета Пётр Казинский.
Это открытие напоминает нам, что даже в казалось бы изученных явлениях скрыта глубокая красота. Физика – это не только формулы. Это поэзия, записанная на языке дифференциальных уравнений. И иногда – как в этом эксперименте – стихи оказываются удивительно красивыми.
Telegram 
Дзен 
VK В черепах участников битв эпохи Средневековья часто находят отверстия квадратной формы, о происхождении которых спорят специалисты. Авторы нового исследования пришли к выводу, что такое повреждение — следствие смертельного удара по голове палицей.
Защитный жилет, протестированный в ходе миссии «Артемида I», реально защитил от космической радиации
Специальный пластиковый жилет смог существенно снизить дозу радиации, полученную манекеном во время тестового полета корабля Orion к Луне. По уровню защиты жилет не уступил специальному противорадиационному убежищу внутри корабля. В будущем такая экипировка позволит защищать астронавтов от солнечных вспышек во время полетов на Луну и Марс, минимально сковывая их работу.
Падающий с небес горящий камень может быть плохим знаком, сообщением от богов, материалом для исследования и объектом поклонения. А вот упавший и остывший метеорит с древних времен был еще и источником «небесного металла» — железа, благодаря которому гораздо позже люди отправятся в космос.
Британские экологи выяснили, что большинство людей не догадываются о вреде солнцезащитных кремов для Мирового океана. Обзор научной литературы и локальный уличный опрос наглядно продемонстрировали разрыв между реальными экологическими угрозами и повседневными привычками покупателей.
Десятимесячный эксперимент в Антарктиде помог выяснить, что частые взаимодействия в замкнутом пространстве не сближают команду, а провоцируют рост недоверия, конфликты и падение продуктивности. Ученые уверены, что отсутствие личного пространства и постоянный контакт с одними и теми же людьми могут стать главными психологическими угрозами для экипажей будущих марсианских миссий.
Палеонтологи, изучив окаменелые кости древнего существа, обнаруженные еще в 1948 году на острове в Баренцевом море, пришли к выводу, что это новый вид плагиозаврид — вымерших земноводных, живших на планете примерно 250 миллионов лет тому назад. Вновь идентифицированная амфибия по размерам оказалась рекордсменом среди собратьев, достигая в длину почти трех метров.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
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