محققان خاصیت جدید نور را کشف کردند!

MacTavish · 19/10/19

بیگ بنگ: یک گروه بین‌المللی از محققان بتازگی یک خاصیت جدید نور به نام «خودگشتاور»را کشف کردند. جالب است علاوه بر خواص شناخته شدۀ نور مثل شدت، طول موج و قطبش، نور می‌تواند پیچ بخورد و در نتیجه تکانه‌ی زاویه‌ای داشته باشد.

به گزارش بیگ بنگ، در ابتدا یک قدم به عقب برمی‌داریم. در طول چند دهه‌ی اخیر، فیزیکدانان کشف کردند که می‌توان شکل ِ موج یک پرتو نور را پیچاند تا تکانه‌ی زاویه‌ای پیدا کند. این کمی شبیه یک پلکان مارپیچی است، بصورتی که پرتو در اطراف یک فضای خالی پیچ خورده است. وقتی چنین پرتویی، مورد هدف چیزی قرار بگیرد، چیزی شبیه یک دونات درخشان را خواهید دید. این پرتوها دارای تکانه‌ی زاویه‌ای اوربیتال(OAM) هستند، خاصیتی که به قطبش بستگی ندارد (ولی در عوض به هندسه‌ی نوسانات الکترومغناطیسی مربوط می‌شود).

همانطور که، محققان کشف کردند امکان دارد یک پرتو نور OAM حالتِ «خودگشتاور» را از خود نشان دهد. همچنان که پرتو به جلو حرکت می‌کند، پیچشش از حالت پهن به باریکتر تغییر پیدا می‌کند که کمی شبیه یک پیچ است. اگر چنین پرتویی بر روی یک سطح مسطح تابانده شود، به شکل یک کروسانت (نان شیرین) یا هلال در می‌آید.

نویسنده کارلوس هرناندز-گارسیا، محقق ارشد در دانشگاه سالامانکا گفت: «به طور حیرت‌آوری، علاوه بر خواص شناخته شدۀ زیادی مثل شدت، طول موج و قطبش، نور می‌تواند پیچ بخورد و در نتیجه تکانه‌ی زاویه‌ای داشته باشد». این کشف زمانی صورت گرفت که این گروه در حال مطالعه‌ی پرتوهای نورِ تولید شده در فرآیندهای نوری پرانرژی بود. اینها اغلب برای تولید نور فرابنفش شدید یا پرتوهای ایکس قدرتمند برای مطالعه‌ی فرآیندهای مولکولی کوچک و سریع بکار می‌روند.

نویسنده‌ی مطالعه، کوین دورنی، محقق فوق‌دکترا در گروه کاپتین-مورنان(JILA) گفت: «بخاطر دارم که وقتی گروه سالامانکا دربارۀ خودگشتاور نور در این آزمایش به ما گزارش کردند، ما واقعأ گیج شده بودیم. تکانه‌ی زاویه‌ای اوربیتال موضوع ناچیزی نیست که بخواهیم آن را فورأ شروع کنیم، بنابراین وقتی وابستگی زمانی را به داده‌های این پرتوها اضافه کنید، همه چیز جالب‌تر می‌شود».

دورنی افزود: «با خودگشتاور، دو پرتو دوناتی مرئی خواهیم داشت که با مقدار کمی زمان از هم جدا می‌شوند و سپس هارمونی بین آنها ایجاد می‌شود. وقتی این کار را انجام دهیم، پرتوی که ساطع شده در واقع شبیه یک کروسانت(نان شیرین) خواهد شد. و این کروسانت حاوی بیش از یک اوکتاو تکانه‌ی زاویه‌ای اوربیتال در طول پالس نور است. این خاصیت همان خودگشتاورِ نور است».

این گروه در حال حاضر به مطالعه‌ی رفتار پرتوها و کاربرد احتمالی چنین کشفی در آینده علاقمند است. نویسنده لورا رگو از دانشگاه سالامانکا گفت: «این اولین‌باری است که کسی این خاصیت جدید نور را پیش‌بینی یا حتی مشاهده کرده است، بنابراین کاربردهای آتی آن هنوز مشخص نیست. از دیدگاه علوم بنیادی، این خاصیت جدید یک درجۀ آزادی جدید را به مطالعه‌ی دینامیکِ فعل و انفعال نور-ماده اضافه می‌کند». روزی این امکان برای محققان فراهم خواهد شد تا یک روش برای تنظیم این خودگشتاور همانند فرکانس‌های مختلف ایجاد کنند. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Science منتشر شده است.