Тень от света: ученые впервые в истории создали лазерный луч, отбрасывающий тень

В открытии, которое бросает вызов традиционной оптике, ученым удалось заставить лазерный луч отбрасывать собственную тень — подвиг, ранее считавшийся невозможным, поскольку свет обычно проходит через другой свет без помех.

• Будто бы обычный недостаточно сложный: ученые создали квантовый Кубик Рубика

Детали

Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории под руководством физика Рафаэля А. Абрахао достигли этого эффекта посредством нелинейного оптического процесса с кристаллом рубина.

Тени, которые обычно образуются, когда предмет блокирует свет, являются обыденным явлением. Они возникают из-за неспособности света проникать через непрозрачные объекты, создавая область, лишенную освещения. Однако команда Абрахао продемонстрировала, что при определенных условиях свет, в частности лазерный луч, может блокировать другой луч, образуя видимую тень. По словам Абрахао, их демонстрация очень спорного оптического эффекта побуждает пересмотреть наше представление о тени.

Чтобы создать этот эффект, команда направила мощный зеленый лазер через кристалл рубина и осветила его перпендикулярно синим лазером. Когда зеленый лазер взаимодействовал с рубином, он изменял оптические свойства кристалла, увеличивая поглощение синего света и отбрасывая видимую тень в виде зеленого лазера.

Эта тень отвечала всем критериям: она была видна невооруженным глазом, совпадала с контурами лазера и смещалась вместе с движением зеленого лазера, подобно тому, как ведет себя традиционная тень.

Это неожиданное явление является результатом свойства, известного как нелинейное оптическое поглощение. Такие материалы, как рубин, показывают нелинейную реакцию, другими словами их взаимодействие со светом изменяется в зависимости от интенсивности света.

В этом эксперименте зеленый лазерный луч увеличил скорость поглощения синего света в кристалле рубина. В результате, когда синий свет выходил из рубина, он создавал более темную область, где проходил зеленый лазер, фактически отбрасывая тень зеленого луча.

Рубин, хорошо известный в нелинейной оптике, был выбран из-за его способности усиливать, поглощать и изменять свет в интенсивных условиях. Взаимодействие между атомами рубина и светом создавало поляритоны — квазичастицы, образовавшиеся в результате взаимодействия фотонов и атомов.

Эти поляритоны, имеющие некоторые характеристики света, но имеющие массу, позволили лазеру блокировать часть пути синего луча, создавая таким образом тень.

Исследователи достигли контраста тени примерно на 22%, что сравнимо с тенью дерева в солнечный день. Они надеются, что это открытие позволит создать новые технологии для управления светом с помощью света, открыв двери для передовых технологий изготовления, изображения и освещения.

Следующие шаги включают в себя исследования других материалов и длин волн, чтобы определить дополнительные способы достижения подобных эффектов.

Это исследование расширяет границы оптической науки и подчеркивает потенциал взаимодействия света и материи для открытия нетрадиционных применений. Хотя нынешнее внимание уделяется прежде всего пониманию этого явления, практическое использование может возникнуть в областях, требующих сложного контроля над пропусканием света и взаимодействием.

Ранее мы сообщали, что в США старшеклассницы предложили "невозможное" доказательство 2000-летнего математического правила.