Физики продемонстрировали ускоряющий световой луч в колбе обычной электролампочки
Москва, 18:08, 12 Янв 2018, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
Просветив лазером по внутренней оболочке лампы накаливания, физики провели первую экспериментальную демонстрацию ускоряющего светового луча в искривленном пространстве. Вместо того, чтобы двигаться по геодезической траектории (кратчайший путь на изогнутой поверхности), лазерный луч отклоняется от геодезической траектории в результате ускорения.
Ранее ускоряющие световые лучи были продемонстрированы на плоских поверхностях, на которых их ускорение заставляет лучи следовать по кривым траекториям, а не по прямым. Применение ускоряющих лучей на криволинейных поверхностях открывает двери для дополнительных возможностей, таких как эмуляция общих явлений относительности (например, гравитационного линзирования) с помощью оптических устройств в лаборатории.
Физики Технологического института «Технион-Израиль» вместе с коллегами из Гарвардского университета опубликовали статью об ускоряющих световых пучках в изогнутых пространствах в недавнем выпуске Physical Review X.
В своих экспериментах исследователи сначала превратили обычный лазерный луч в ускоряющий, отразив лазерный луч от пространственного светового модулятора. Как объясняют ученые, это отпечатывает определенный фронт волны на пучке. Получающийся пучок является как ускоряющим, так и сохраняющим форму, что означает, что он не выходит наружу, поскольку он распространяется в изогнутой среде. Затем ускоряющий световой пучок запускается в оболочку лампы накаливания, которая была окрашена для рассеивания света, делая распространение луча видимым.
При движении по внутренней части лампочки ускоряющий луч следует по траектории, которая отклоняется от геодезической линии. Для сравнения, исследователи также запустили обычный луч внутри оболочки лампочки и заметили, что этот луч следует по геодезической линии. Измеряя разницу между этими двумя траекториями, исследователи смогли определить ускорение ускоряющего пучка.
Ускоряющий луч
(a) Экспериментальная установка, (b) распространение зеленого луча внутри красной оболочки лампы накаливания и (c) фотография долей ускоряющего луча. Кредит: Patsyk et al. © 2018 Американское физическое общество
В то время как траектория ускоряющего пучка на плоской поверхности полностью определяется шириной пучка, новое исследование показывает, что траектория ускоряющего пучка на сферической поверхности определяется как шириной луча, так и кривизной поверхности. В результате ускоряющий луч может изменить свою траекторию, а также периодически фокусироваться и расфокусироваться из-за кривизны.
Способность ускорять световые пучки вдоль изогнутых поверхностей имеет множество потенциальных применений, одна из которых эмулирует общие явления относительности.
«Уравнения Эйнштейна общей теории относительности определяют, среди прочего, эволюцию электромагнитных волн в искривленном пространстве», — сказал профессор Анатолий Пацык. «Оказывается, что эволюция электромагнитных волн в искривленном пространстве по уравнениям Эйнштейна эквивалентна распространению электромагнитных волн в материальной среде, описываемой электрической и магнитной восприимчивостями, которые могут меняться в пространстве. Это основа эмуляции многочисленных явлений, известных из общей теории относительности электромагнитными волнами, распространяющимися в материальной среде, приводящие к эмулирующим эффектам, таким как гравитационное линзирование и кольца Эйнштейна, гравитационный синий сдвиг или красный сдвиг, которые мы изучали в прошлом, и многое другое».
Результаты также могут предложить новый метод контроля наночастиц в кровеносных сосудах, микроканалах и других изогнутых пространствах. Ускоряющие плазменные пучки (которые сделаны из плазменных колебаний вместо света) потенциально могут быть использованы для передачи энергии из одной области в другую на изогнутой поверхности. Исследователи планируют продолжить изучение этих и других возможностей в будущем.
