Физики создали тороидальный вихрь света

justavortex — 24.06.2022 Физики экспериментально получили устойчивый тороидальный вихрь света, подобный кольцам сигаретного дыма. Для этого ученые конформно преобразовали решение уравнения Максвелла в виде трубки света в решение, которое описывает тороидальный вихрь, а затем использовали это преобразование на практике. Статья опубликована в Nature Photonics.

Тороидальные вихри или вихревые кольца представляют собой структуры в форме бублика, который распространяется перпендикулярно себе и одновременно проворачивается вокруг своей круговой оси. В природе вихревые кольца — не редкость. Например, тороидальный вихрь из крови возникает при быстром заполнении левого желудочка сердца, тороидальные вихри участвуют в рождении микропрорывов и грибовидных облаков, а дельфины создают под водой вихревые кольца из воздуха ради забавы.



"Науке известны и более необычные примеры тороидальных вихрей: ученые обнаружили вихревые кольца из магнитных моментов в постоянном магните, а также численно показали, что при столкновении протона с ядром золота возникает расширяющееся тороидальное кольцо из кварк-глюонной плазмы. Однако тороидальный вихрь из света ученые до недавних пор не наблюдали, несмотря на то, что в вакууме фотоны могут двигаться не совсем прямолинейно.

Дело в том, что свет может обладать орбитальным угловым моментом, который отличается от спина фотона тем, что первый связан с формой волнового фронта света, а второй — с его поляризацией. На практике это означает, что поляризованный по кругу фотон движется прямолинейно, вращаясь вокруг своей оси, тогда как фотон, обладающий ненулевым орбитальным моментом, движется по спирали, так что на оси вращения интенсивность света нулевая (последнее связано с тем, что в центре волны света компенсируют друг друга).

Понять природу этого явления может помочь эксперимент по закручиванию пучка света. Для этого свет лазера пропускают через дифракционную микрорешетку, в которой одна из линий раздваивается на две и более, образуя вилку, так что в нижней половине решетки звеньев меньше, чем в верхней. Когда пучок света будет проходить через решетку, дифракционные максимумы, которые рождает решетка снизу, будут отклоняться сильнее, чем рожденные решеткой сверху, поскольку шаг верхней решетки меньше. В полученной дифракционной картине во всех максимумах, кроме главного, свет будет закручен в форме колец, причем чем дальше дифракционный максимум от центра, тем сильнее он закручен.


Закручивание пучка света решеткой с тройной вилкой




Дифракционная картина, полученная дифракционной решеткой с вилкой. Цифрой обозначена величина орбитального углового момента света


Одну из таких закрученных «трубок» света группа физиков под руководством Цивэнь Чжана (Qiwen Zhan) из Шанхайского университета науки и технологий сумела преобразовать в тороидальный вихрь с помощью системы фазосдвигающих масок, которые преренаправляют фотоны в пучке..." Полностью по ссылке. Исходник в Nature

Мое замечание: ну вот, начали заниматься антинаучной деятельностью Сейчас вылезает вихревая природа фотона. Для моделирования использовали довольно громоздкий переход из декартовых в экспоненциальные полярные координаты и обратно. Экспоненциальные координаты уже близки к кватерниону, чьи члены записаны в показательной форме. Но все же оперировать им было бы сильно проще, кмк.

Но вообще, китайцы мегамолодцы и много негласных табу "белых обезьян", издевавшихся над здравым смыслом более ста лет, нарушили. Таким образом, мы близки к исправлению максвелловских ошибок и к переходу к кватернионному моделированию вихревых процессов.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив