Закрученный свет тормозит

Закрученный свет распространяется в вакууме со скоростью на 0,1% меньше, чем стандартная скорость света.

В соответствии со специальной теорией относительности Эйнштейна скорость света в вакууме представляет собой универсальную физическую константу, равную 299 792 458 метров в секунду. Исследователи из университета Оттавы обнаружили, что закрученный свет распространяется на 0,1% медленнее. Об этом они сообщили в журнале The Optical Society.

Закрученный свет – это световая волна, у которой световой  фронт не плоский, а определенным образом поворачивается. В простейшем случае он имеет вид спирали, похожей на штопор - он не только распространяется вперед, но и как бы вращается вокруг направления своего движения. Физики говорят, что у него есть орбитальный угловой момент. Если свободно подвешенное тело будет поглощать такой свет, то оно начнет вращаться.

Явление закручивания света не надо путать с круговой поляризацией света, при которой фронт волны плоский, а по мере распространения происходит поворот направления электрического поля. Любопытно, что обычный луч света создает на экране пятно, а закрученный  – кольцо.

В первый раз исследователи обнаружили замедление закрученного света, когда обычный лазерный луч и свет с десятью поворотами не пришли на детектор одновременно. А вот измерить запаздывание луча, которое в экспериментах менялось от десятых долей до 23  фемтосекунд (10^-15 с), оказалось крайне сложной задачей. Больше года ученые затратили на разработку подходящего метода, основанного на взаимодействии закрученного луча с исходным лучом, прошедшим линию задержки.

Замедление скорости закрученного света в вакууме не опровергает теорию относительности. Авторы работы объясняют его тем, что свет такой сложной структуры отклоняется от направления кратчайшего распространения между двумя точками и проходит, таким образом, чуть большее расстояние.

Первый пучок закрученного света был получен в 1995 году. Перспективы его использования как в научных, так и практических целях были настолько велики, что физики довольно быстро научились получать закрученный свет и управлять им. В настоящее время закрученный свет используется как инструмент исследований на микроуровне, для кодирования и повышения скорости передачи информации. Он мог бы сильно пригодиться в создании квантовой связи и квантовых компьютеров. Поэтому открытый эффект может иметь большое значение.

Проиллюстрировать использование закрученного света  можно с помощью эксперимента, проведенного в 2012 году. Исследователи тогда закрутили по-разному З2 лазерных луча, в которых закодировали информацию с помощью амплитудной модуляции, и сформировали из них один луч. Поразительно, но все 32 луча не мешали друг другу. При такой многоканальной передаче информации физикам удалось достичь скорости передачи данных 2,56 терабит в секунду. Кодировать информацию можно различной закруткой участков луча.

В дальнейшем авторы работы планируют исследовать другие виды структурированного света и, возможно, получить «ускоренный» свет, скорость которого будет чуть большей, чем скорость света в вакууме. Теоретические расчеты показывают, что это возможно.

По материалам Американского оптического общества