Ученые заставили луч света изгибаться под любым углом

Всем известно, что свет может распространяться прямолинейно и преломляться. С последним явлением мы сталкиваемся, к примеру, когда кладём соломинку в бокал с коктейлем. Соломинка кажется нам разорванной на границе воды и воздуха. Этот оптический обман имеет место из-за того, что индекс преломления света в воде и воздухе не одинаков.

В космическом пространстве свет также может отклоняться от прямолинейного распространения под воздействием сильных гравитационных полей, создаваемых такими объектами, как звёзды или чёрные дыры.

Впрочем, некоторые формы волн могут изгибаться самостоятельно. Например, луч Эйри (Airy beam). Способность к самостоятельному искривлению светового луча была открыта ещё в конце 1970-х годов.

Но увидеть эффект самостоятельного изгиба в лабораторных условиях удалось лишь в 2007 году. Команда физиков из университета центральной Флориды (University of Central Florida), получив луч Эйри, экспериментально добилась небольшого (до 8˚) изгиба.

В последние годы теоретические и экспериментальные работы по изучению явления самостоятельного изгибания светового луча достигли небывалого уровня, пишет Science.

Недавно группа специалистов из израильского института Технион (Technion) нашла такие решения уравнения Максвелла, которые позволили преодолеть существовавшие прежде ограничения функции Эйри. Учёные обосновали возможность изгиба луча света под любым углом, хоть по кругу.

В то же время специалисты из университета Франш-Конте (Université de Franche-Comté) нашли начальные значения фазы, которые соответствуют решению израильских коллег, не будучи осведомлёнными об их достижениях. Французы с помощью устройства, называемого пространственный модулятор света, получили луч, который изгибается под углом в 60˚.

В чём же заключается принцип самостоятельного изгибания луча? Свет – это "пучок" световых волн, каждая из которых условно имеет пик и впадину. Эти части волн могут "взаимодействовать" друг с другом. Например, если пик совпадает с впадиной, они нивелируют друг друга. Если же пики совпадают, возникает яркое пятно света.

Контролируя начальное положение фазы волны, можно заставить свет менять направление (вплоть до обратного, так получается отрицательная скорость света), устраняя "ненужные" волны и усиливая необходимые.

Открытие израильтян и французов может пригодиться в самых разных областях: в промышленности, где модификация луча обычного лазера позволит создавать не прямые, а изогнутые под нужным углом отверстия. Сложно недооценить использование способности лучей "самостоятельно изгибаться" и для так называемого оптического пинцета. Этот инструмент получил широкое применение в биофизике, так как позволяет манипулировать белками без прямого физического контакта.