Физики обнаружили новую форму света

Одна из измеряемых характеристик светового пучка известна как угловой момент. До сих пор считалось, что во всех формах света угловой момент будет кратным постоянной Планка (физическая константа, которая устанавливает масштаб квантовых эффектов).

В настоящее время доктор философии Кайл Баллантайн (Kyle Ballantine) и профессор Пол Истхэм (Paul Eastham) из Школы физики Тринити-колледжа Дублина вместе с профессором Джоном Донеганом (John Donegan) из CRANN продемонстрировали новую форму света, где угловой момент каждого фотона (частица видимого света) занимает только половину постоянной Планка. Это различие, хотя и небольшое, важно. Результаты были недавно опубликованы в интернет-журнале Science Advances.

Комментируя свою работу, Пол Истхэм сказал: "Нас интересует то, как мы можем заставить свет вести себя как-то по-другому и насколько это может быть полезно. Это открытие удивительно тем, что мы смогли изменить то свойство света, которое всегда считалось постоянным".

Чтобы сделать это открытие, команда использовала эффект, обнаруженный в их учебном заведении почти 200 лет назад. В 1830-х годах математик Уильям Роуэн Гамильтон и физик Хэмфри Ллойд обнаружили, что при прохождении через некоторые кристаллы луч света становится полым цилиндром. Команда использовала этот феномен для генерации пучков света с винтовой структурой.

Анализируя эти лучи в рамках теории квантовой механики, они предсказывали, что угловой момент фотона будет полуцелым, и разработали эксперимент, чтобы проверить предсказания. С помощью специально сконструированного устройства они смогли измерить поток углового момента в пучке света. Также смогли впервые измерить вариации этого потока, вызванные квантовыми эффектами. Эксперименты показали крошечный сдвиг, половину постоянной Планка, в момент импульса каждого фотона.

Физики-теоретики с 1980 года предполагают, как квантовая механика работает для частиц, которые могут свободно двигаться только в двух из трех измерениях пространства. Они обнаружили, что это позволит выявить странные новые возможности, в том числе частицы, у которых дробные квантовые числа были ожидаемы. Работа показывает, что эти рассуждения могут быть реализованы с помощью света.