Британські фізики порушили закони природи

Британські фізики порушили закони природи

Вчені з Національної лабораторії фізики Великобританії побудували пристрій, всередині якого світлові імпульси кружляють навколо один одного, а звичайні правила, згідно з якими поводиться світло, більше не діють.

Результати їхнього дослідження опубліковано в авторитетному виданні Physical Review Letters.

У звичайних умовах світло поводиться досить симетрично. Наприклад, якби у нас була можливість переглянути умовний "відеозапис" поведінки світла спочатку у звичайному режимі, а потім на зворотному перемотуванні, то ми б побачили, що воно поводиться однаково в обох випадках. Тобто плин часу не змінює природи поведінки світла. Це явище називається Т-симетрія.

У світла, яке рухається, як хвиля (згідно із хвильовою теорією світла), є так звана поляризація - явище спрямованого коливання векторів напруженості електричного поля. Зазвичай поляризація залишається незмінною, що дає ще один вид симетрії.

Дослідники вже знали про те, що за певних обставин, коли світло відбивається всередині оптичних кілець, втрачається Т-симетрія. Піки світлових хвиль виявляються не в тих місцях, де повинні, відповідно до рівнянь Т-симетрії.

Однак, нове дослідження вперше продемонструвало, що піки можуть проявлятися одночасно із, здавалося б, спонтанними змінами поляризації.

В основі дослідження лежать експерименти з пристроєм, який називається кільцевий оптичний резонатор. Цей пристрій сконструйовано таким чином, щоб "зберігати і утримувати" світло якомога довше. Всередині - дзеркала, орієнтовані в такий спосіб, щоб послідовно відбивати світло, даючи йому можливість здійснювати повний оберт.

Якоюсь мірою це нагадує галереї, які шепочуть, - приміщення еліптичної форми, в яких звук поширюється особливим чином, наприклад, шепіт в одному кінці приміщення чутно в певному місці з іншого кінця, але не в усьому приміщенні. У шепітних галереях використовують ефект поширення уздовж стін акустичної хвилі, яка відчуває багаторазове повне внутрішнє відбиття. Коли хвиля замикається, виникає ефект "стоячої хвилі", яка "притискається" до стінок галереї.

Схожий принцип використовують у випадку зі світловими хвилями в кільцевому резонаторі.

Дослідники випускали пучки лазерного випромінювання всередині такого пристрою. Виявилося, що всередині пристрою хвилі світла "загортаються" в круги і резонують одна з одною, створюючи ефект, який за звичайних умов у природі не трапляється. Світло втрачає одночасно і Т-симетрію, і поляризацію.

Піки світлових хвиль виявлялися в моменти, які не вкладалися в розрахунки, проведені відповідно до рівнянь Т-симетрії. Формувалися патерни поведінки, які працювали тільки в одному напрямку плину часу. Іншими словами, світло поводилося не так, як повинно.

Навіть більше, світло втрачало свою вертикальну поляризацію (яку мали початкові світлові промені). Світлові хвилі припиняли свій рух знизу вгору, формуючи натомість еліпси.

Це все одно, якби гітарна струна, яку смикнули зверху вниз, раптово почала б коливатися за годинниковою стрілкою або проти годинникової стрілки, пояснює Франсуа Коп'є, один з авторів дослідження.

На думку авторів дослідження, незважаючи на всю загадковість цього феномена, результати роботи відкривають завісу над можливими маніпуляціями зі світлом. І можуть стати проривом у фотоніці - дисципліні, яка вивчає як фундаментальні, так і прикладні особливості роботи з оптичними сигналами.

Зокрема, це відкриття дає змогу скласти уявлення про нелінійну динаміку в фотоніці.

Подальші умови в галузі створення оптичних резонаторів можуть уможливити створення пристроїв для тонкого керування світлом і його властивостями, припускають дослідники.

Це своєю чергою може привести до створення нових, досконаліших типів атомного годинника або квантових комп'ютерів, вважає Паскаль Дель Хай, провідний дослідник Національної лабораторії фізики Та й узагалі до революції в галузі комунікацій, де світло відіграє найважливішу роль.