Физики впервые скрутили свет в ленту Мебиуса

Физикам из Германии, Канады, Италии и США впервые удалось скрутить свет в ленту Мебиуса. Результаты своих исследований ученые изложили в статье в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте New Scientist.

Закрутить оптическую волну авторам удалось при помощи особой поляризации света (характера колебаний вектора напряженности электрического поля в электромагнитной волне). В своем эксперименте ученые использовали структурированный свет, представляющий собой плотно сфокусированный лазерный луч. В таком луче электрическое поле описывается компонентами в трех измерениях, а сам структурированный пучок имеет специфический набор поляризаций и интенсивностей.

Для создания структурированного луча и изменения поляризации ученые использовали несколько оптических инструментов. Сначала лазерный луч прошел через особые жидкокристаллические линзы, а саму поляризацию ученые наблюдали в результате рассеивания света на наночастицах.

В случае, например, круговой поляризации, конец вектора напряженности описывает окружность в плоскости колебаний. В новом исследовании конец вектора по-прежнему описывает замкнутую траекторию, но как если бы он находился на поверхности листа Мебиуса.

Впервые теоретически возможность скручивания света была высказана израильскими физиками. Как отмечают ученые, их новое исследование может найти применение в биологии и медицине, в частности, при создании специальной камеры для наблюдения за движением частиц.

Ленту Мебиуса легко получить, если соединить противоположные концы полоски, до этого перевернув один из них. Объект, находящийся на одной стороне такой ленты, при перемещении окажется в той же точке полоски, но уже с другой ее стороны. В случае ленты, склеенной обычным образом (без переворачивания), это было бы невозможно: объект не смог бы переместиться на другую сторону листа. С математической точки зрения такая лента оказывается односторонней двумерной поверхностью, вложенной в трехмерное Евклидово пространство.