Физики разработали прибор, в котором нарушаются правила света

Исследователи из Национальной физической лаборатории Великобритании и Университета Хериота-Уота из Эдинбурга наблюдали, как свет нарушает свои обычные симметричные структуры внутри устройств, известных как оптические кольцевые резонаторы.

В физике волны могут вести себя крайне любопытно, отражаясь эхом в правильных условиях. Это относится к звуку, отскакивающему от потолков, а также к свету, пытающемуся поймать себя за «хвост».

Например, при правильном устройстве купол собора Святого Павла в Лондоне — одно из таких мест: звуковые волны даже самого тихого шепота могут быть направлены полусферической формой изогнутых стен и свободно переноситься по комнате.

Подобным образом и свет, выпущенный импульсами через узкое кольцо из оптического волокна, может двигаться необычным способом, собираясь в дискретные единицы с оригинальными свойствами.

Исследователи «поигрались» с оптоволоконным петлевым резонатором, чтобы раздвинуть границы ожидаемого поведения света. Их работа описана в статье журнала Physical Review Letters.

Обычно световой импульс подчиняется простому правилу: в отличие от прокрученного в обратную сторону звука, свет всегда выглядит одинаково, вне зависимости от того, движется он вперед или назад во времени (например, на записи). Это называется симметрией обращения времени, или Т-симметрией, и она важна для оптических технологий.

Однако в прошлом году инженеры придумали способ нарушить поведение света по отношению ко времени, разработав буквально научно-фантастический конденсатор потока с единственной оптической петлей, изолирующей чувствительное квантовое оборудование.

В этот раз, когда импульсы длин волн попадают в резонатор так, что их пики перестают подчиняться обычным правилам симметрии, новое исследование еще раз показало, как свет может это правило игнорировать.

«При заполнении кольцевого резонатора короткими импульсами циркулирующие пульсы внутри него будут поступать либо до, либо после изначального импульса, но не одновременно с ним», — говорит ведущий автор исследования Франсуа Копи.

Самое удивительное, однако, касается нарушения симметрии. Волны света покачиваются перпендикулярно направлению своего движения, напоминая дернутую струну. Направление этого покачивания называют поляризацией, которая сохраняется на протяжении всего движения волны. В этом же эксперименте при движении волны по оптоволокну, можно сказать, что она имела «эллиптическую» форму штопора.

Конечно, это не нарушило законы физики. Правила, подобные нарушенному, должны быть нарушены. При обнаружении новых способов движения фотонов по разным «трассам» ученым приходится переосмысливать, на что эти частицы способны.

«Оптика стала важной частью телекоммуникационных и компьютерных сетей, — говорит ведущий исследователь Национальной физической лаборатории Великобритании Паскаль Дель’Хэй. — Понимание того, как мы можем манипулировать светом в фотонных цепях, может помочь раскрыть множество новых технологий, включая лучшие сенсоры и новые квантовые возможности, которые будут становиться все важнее в нашей повседневной жизни».