Новое состояние света

29.05.2016

Свет помимо распространения в определенном направлении способен еще и вращаться вокруг него, что характеризуется параметром, названным полным угловым моментом. Как и другие квантовые характеристики, угловой момент дискретен и принимает только определенные допустимые значения. До сих пор считалось, что его величина в соответствии с квантовой теорией должна быть кратна постоянной Планка h - фундаментальной физической константе, которая определяет масштаб квантовых эффектов. Напомним, что, например, энергия фотона равна произведению этой константы на частоту. Соответственно, и минимально возможное изменение углового момента пропорционально h.

Физики из Тринити колледжа (Дублин, Ирландия) экспериментально обнаружили, что при двумерном распространении света в специально сконструированной установке его полный угловой момент может быть кратен h/2, то есть в два раза меньшей величине. Это открытие важно как для понимания природы и поведения света, так и для его практического использования. Ведь кратность углового момента величине h делает поведение фотонов аналогичным поведению частиц с целым спином (бозонов), а пропорциональность h/2 сообщает фотонам "фермионные" свойства (напомним, что фермионы обладают полуцелым спином). Результаты исследования опубликованы в интернет-журнале Science Advances.

Для понимания сути явления можно привести аналогию с телом, вращающимся вокруг своей оси. Предшествующие взгляды соответствовали тому, что скорость вращения тела могла изменяться порциями с величиной, пропорциональной h, а ирландские физики обнаружили, что шаг изменения может быть в два раза меньше.

То, что названо "вращением света" вокруг направления распространения, процесс более сложный, чем вращение тела вокруг оси. Здесь можно выделить две составляющие. Первая - поворот вектора электрического поля световой волны по мере ее распространения в пространстве, называемый круговой поляризацией света и определяющий спин фотона. Вторая - закручивание фронта световой волны, характеризуемое орбитальным угловым моментом. Полный угловой момент фотона представляет собой сумму спинового и орбитального вкладов.

В обычном трехмерном случае все эти величины будут пропорциональны h, или, другими словами, соответствующие квантовые числа будут целыми. Если же создать двумерную систему для распространения света, то квантовое число для углового момента может стать полуцелым, что исследователи и наблюдали в данном эксперименте.

<< Назад: Технология E Ink Advanced Color ePaper 29.05.2016

>> Вперед: Первый в мире спутник квантовых коммуникаций 28.05.2016

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Пчелиная слепота 20.12.2019 Опытный пасечник каждый год меняет маток в своих ульях: это и борьба с роением, и забота о силе пчелиной семьи: хотя матка может жить по пять лет, пик ее плодовитости приходится на второй сезон. Кто-то маток покупает, кто-то создает рои, а кто-то пользуется способностью пчел вывести свищевую матку из уже отложенных яиц. Пчелы над ними надстраивают специальные коконы-свищи, усиленно кормят личинок молочком, и из кокона выходит не рабочая пчела, а матка. Первым делом она убивает своих сестер-конкуренток, обживается в улье и где-то через неделю взмывает в небо на километровую высоту, преследуемая свитой из трутней всех окрестных пасек. Самый сильный догоняет ее, совершает главное дело своей короткой жизни и погибает. Матка же возвращается в улей, где пчелы извлекают из нее шлейф - половой орган, оторвавшийся от трутня. Этот шлейф выглядит как последняя защита погибшим трутнем своего потомства, предохранение, чтобы никто больше с маткой не спарился. Но матка хочет разнообразия и снова пускается в брачный полет. Как выяснили исследователи из Дании, Австралии и США во главе с Борисом Баером из Центра интегрального исследований пчел Калифорнийского университета в Риверсайде, ее ожидает проблема. Оказывается, у погибшего трутня было еще одно, тайное, оружие: процесс оплодотворения запустил такие изменения в организме матки, что уже на следующий день ее зрение катастрофически ухудшается. Результат печален: матка не может опознать родной улей, путает летки и, попав к соседям, находит там быструю смерть - таких неудачниц было очень много, целая треть. В этих опытах, впрочем, была одна странность. Всем пчеловодам известно, что пчелы видят плохо, а лучше всего воспринимают ультрафиолет. Поэтому в краску для ульев рекомендуют добавлять алюминиевую пудру - она хорошо отражает свет в этой области спектра. Однако именно эту область и не изучали - источником света служил обычный светодиод. Тем не менее и в таком виде данное исследование весьма полезно пчеловодам: им-то теперь понятно, что матка теряется не по глупости, а потому что стала плохо видеть. Поэтому развешивание на улье всевозможных украшений из блестящих металлов - фигурок цветочков, пчелок, снежинок и прочего - вовсе не дань сентиментальности, а самый практичный способ обеспечить благополучное возвращение новой царицы к своим пчелам.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025