Скрытая геометрия. Ученые выявили удивительную способность света создавать вращающиеся узоры
Международная группа физиков из Великобритании и Южной Африки выяснила, что специально подготовленный свет может самостоятельно образовывать вращающиеся узоры и проявлять хиральность без использования какой-либо дополнительной оптики.
Исследователи обнаружили удивительную способность света формировать вращающиеся структуры во время движения в пустом пространстве без использования специальных линз, зеркал или сложных оптических материалов. Это открытие свидетельствует о наличии у световых лучей скрытой геометрической организации, способной управлять их поведением способом, ранее считавшимся невозможным без внешнего вмешательства.
Результаты работы международной команды физиков из Университета Восточной Англии и ученых Южной Африки опубликованы в издании Light: Science & Applications.
Традиционно для получения света с определенными характеристиками вращения (например оптических вихрей со штопорообразной формой волны или специфической поляризацией) ученые использовали сложные поверхности и материалы высокой точности. Однако новый эксперимент показал, что тщательно настроенный световой луч может приобретать эти свойства естественным путем. Сначала луч не имеет признаков вращения, однако по мере его продвижения в пространстве возникают и четко обособляются отдельные вращающиеся зоны.
Чтобы объяснить это явление, физики обратились к топологии — разделу математики, изучающему неизменные при деформации свойства объектов. Исследователи выяснили, что структурированный свет обладает собственными топологическими характеристиками, закодированными в расположении его поляризации.
Эта структура выполняет роль своеобразного математического отпечатка пальца: даже при изменении формы луча его топологический каркас остается неизменным и определяет появление правосторонних или левосторонних вращающихся узоров.
Практическое значение этого открытия чрезвычайно широко. Управление светом с помощью его собственной внутренней геометрии существенно упростит создание передовых оптических устройств. Это позволит разработать чрезвычайно чувствительные медицинские тесты для идентификации биологических молекул и безопасных лекарств, повысить пропускную способность каналов связи благодаря кодированию информации в различных схемах скручивания лучей, а также усовершенствовать защищенные квантовые сети. Эксперты отмечают, что свет скрывает еще немало загадок, открывающих новые горизонты для современных технологий.