Badacze z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego dokonali odkrycia, które może mieć wpływ na badania nad oddziaływaniem światła z materią. To krok w kierunku obserwacji kwantowego przepływu wstecznego. Wyniki badań naukowców zostały opublikowane w czasopiśmie „Optica”.
Naukowcy z Wydziału Fizyki UW nałożyli na siebie dwie wiązki światła „skręcone” w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, tworząc w niewielkich obszarach skręcenia przeciwne do tego ruchu. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Optica”. Publikacja jest krokiem w kierunku obserwacji kwantowego przepływu wstecznego w dwóch wymiarach, który teoretycznie powinien być silniejszy niż jednowymiarowy przepływ wsteczny.
– W mechanice klasycznej obiekt ma ustalone położenie. Tymczasem w mechanice kwantowej i optyce może on być w tzw. superpozycji stanów, co oznacza, że dany obiekt w tym samym czasie może być równocześnie w dwóch lub więcej położeniach – tłumaczy dr Radek Łapkiewicz, kierownik Laboratorium Obrazowania Kwantowego na Wydziale Fizyki UW.
Zdarza się, że cząstki w superpozycji mogą nagle zmienić kierunek i przez chwilę poruszać się do tyłu lub chwilowo kręcić się w odwrotnym do zadanego kierunku. Fizycy takie zjawisko nazywają przepływem wstecznym.
Przepływ wsteczny
Przepływ wsteczny w układach kwantowych nie został dotychczas zaobserwowany doświadczalnie. Udało się natomiast zaobserwować go w optyce. Teoretyczne prace naukowe badały związki między przepływem wstecznym w mechanice kwantowej a nietypowym zachowaniem wiązek światła. Zaobserwowano m.in. przepływ wsteczny, syntezując skomplikowany front falowy.
Badacze z grupy dr. Radka Łapkiewicza zaobserwowali liniowy przepływ wsteczny w bardzo prostym przypadku, tj. nakładając na siebie dwie wiązki światła. W publikacji Azimuthal backflow in light carrying orbital angular momentum przedstawiono efekt przepływu wstecznego w dwóch wymiarach.
– Nałożyliśmy na siebie dwie wiązki światła skręcone w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara i lokalnie zaobserwowaliśmy skręcenia przeciwne do ich ruchu – wyjaśnia dr Łapkiewicz.
Do pomiaru zjawiska badacze wykorzystali czujnik frontu falowego Shacka-Hartmana. Układ składający się z matrycy mikrosoczewek umieszczonej przed matrycą CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) zapewnia wysoką czułość dwuwymiarowych pomiarów przestrzennych.
– Zbadaliśmy nałożenie dwóch wiązek niosących tylko ujemny orbitalny moment pędu i w ciemnych obszarach wzoru interferencyjnego zaobserwowaliśmy dodatni lokalny orbitalny moment pędu. To właśnie azymutalny przepływ wsteczny – wyjaśnia Bernard Gorzkowski, doktorant w Laboratorium Obrazowania Kwantowego na Wydziale Fizyki UW.
Superoscylacje
Jak podkreślają naukowcy, opisane przez nich zjawisko może być interpretowane jako superoscylacje. O superoscylacjach mówimy wtedy, gdy nakładając fale o częstościach ograniczonych z góry, możemy w powstałej fali znaleźć lokalnie częstości wyższe niż najwyższa użyta.