Не по течению. Ученые зафиксировали движение лазерного луча против потока оптической жидкости

Обычно объекты в движущихся жидкостях перемещаются вместе с потоком, если они не прилагают значительных усилий для передвижения против течения. Оказывается, световые волны и фотоны способны работать схожим образом, однако для движения против светового потока требуется внешнее воздействие или активное потребление энергии.

В новом исследовании, опубликованном в издании Physical Review A, группа физиков продемонстрировала уникальный эксперимент, в котором луч света «плывет» против течения в квантовой световой жидкости, нарушая классический третий закон Ньютона и изменяя влияние окружающих сил.

Согласно третьему закону движения Ньютона, на каждое действие существует равное и противоположное противодействие, формирующее симметрию противо-стойкости. Однако эта симметрия может разрушаться при наличии не реципрокных взаимодействий, когда один объект влияет на другой иначе, чем тот на него. В этих условиях внутренние процессы способны трансформироваться в суммарный импульс. Предыдущие эксперименты с движением против потока использовали отрыв вихрей, подчинявшийся законам Ньютона, тогда как новая работа впервые задействует не реципрокные взаимодействия для прямого нарушения симметрии.

Для проверки теории ученые объединили компьютерное моделирование, анализ рассеивания и лабораторные эксперименты. Они направили два лазерных луча через специальный нелинейный кристалл: один из них выполнял роль жидкости, а другой — «пловец». Изменяя наклон жидкого луча, исследователи управляли скоростью и направлением потока. В эксперименте узкий лазерный луч двигался в противоположном широкой оптической жидкости направлении. Этот нелогичный процесс объясняется асимметричным прохождением «пловца» через среду, что создает необычные обратные силы благодаря невзаимности их контактов.

Исследователи выяснили, что движение против течения оказывается сильнее промежуточных значений скорости и плотности жидкости, а не на максимальных или минимальных показателях. Хотя в работе использовался оптический аналог квантовой жидкости, а не материальные среды типа ультрахолодных атомов или жидкого гелия, результаты создают мощную экспериментальную платформу.

Авторы подчеркивают, что это открытие существенно углубляет понимание не реципрокных взаимодействий в квантовом режиме и прокладывает путь к созданию новых квантовых устройств с активными функциями.