Ερευνητές ανακάλυψαν ακτίνες φωτός που λυγίζουν και μπορούν να μεταφέρουν σωματίδια

Πηγή: The Herald, 1 Οκτωβρίου 2008

Οι ακτίνες του φωτός μπορούν όχι μόνο να ακολουθήσουν ευθύγραμμη κατεύθυνση, αλλά ορισμένες από αυτές μπορούν να στρίψουν και στις γωνίες. Ερευνητές της Σχολής Φυσικής και Αστρονομίας του πανεπιστημίου St. Andrews στη Σκωτία, που μελετούν τα οπτικά φαινόμενα, ανέπτυξαν την έννοια των σωματιδίων που διακινούνται εντός ακτινών φωτός που ακολουθούν καμπυλόγραμμη πορεία, αντί για ευθύγραμμη.

Η ανακάλυψη αυτή βρίσκεται πολύ μακριά από τις θεωρίες του Ισαάκ Νεύτωνα του 17ου αιώνα, ο οποίος πρότεινε την ιδέα ότι το φως έρχεται σε διακριτά πακέτα, σαν μικρά σωματίδια.

Αργότερα οι φυσικοί έδωσαν μια κυματική εξήγηση στο φως για να δικαιολογήσουν την ικανότητά του να 'λυγίζει' γύρω από αντικείμενα, μια ιδιότητα που είναι γνωστή ως περίθλαση.

Πριν από τριάντα χρόνια οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι μια ακτίνα Airy, φαίνεται να κάμπτεται στον αέρα. Οι πηγές φωτισμού, όπως οι ακτίνες λέιζερ απλώνουν όταν ταξιδεύουν σε μεγάλες αποστάσεις και έχουν την τάση να ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή.

Μια κανονική ακτίνα φωτός απλώνεται καθώς ταξιδεύει, εξαιτίας του κυματικού φαινομένου, που είναι γνωστό ως περίθλαση. Η νέα έρευνα δείχνει ότι ορισμένες ακτίνες φωτός δεν περιθλώνται και δεν εξαπλώνονται, αλλά μπορούν να ταξιδέψουν γύρω από γωνίες και να ωθήσουν σωματίδια γύρω από αυτές τις γωνίες.

Αριστερά: Η εικόνα εμφανίζει ένα κινούμενο σχέδιο της ακτίνας Airy που δουλεύει σαν μια 'φυσούνα' που μεταφέρει σωματίδια από το ένα τμήμα στο άλλο.

"Η φυσική μας επιφυλάσσει πολλές εκπλήξεις. Η κατανόησή μας για το πώς το φως κινείται και συμπεριφέρεται, αναθεωρείται από τέτοιες ακτίνες", δήλωσαν οι ερευνητές Joerg Baumgartl, Michael Mazilu και Kishan Dholakia, πιστεύοντας πως οι νέες μελέτες που θα γίνουν θα δείξουν ακόμη πιο ενδιαφέροντα πράγματα.

Η νέα έρευνα, που δημοσιεύεται στο περιοδικό «Nature Photonics», βασίσθηκε στην ανακάλυψη - που έγινε πριν 30 χρόνια - της λεγόμενης «ακτίνας Airy», (από τον ομώνυμο βρετανό αστρονόμο George Airy) η οποία έχει την παράξενη ιδιότητα να καμπυλώνεται καθώς κινείται στο διάστημα. Η ακτίνα Airy περιγράφηκε σαν μια εκπληκτική λύση στην κβαντική εξίσωση για ένα ελεύθερο σωματίδιο, ένα πρόβλημα με μαθηματικό ανάλογο στην οπτική.

Η ανακάλυψη θα μπορούσε να έχει πρακτικές εφαρμογές σε πολύ διαφορετικά πεδία, όπως η κυτταρική βιολογία (για να ξεχωρίσουν οι ερευνητές επιλεγμένα κύτταρα από ένα μεγαλύτερο σύνολο ή άλλα σωματίδια).

"Αυτή η δέσμη δείχνει ένα θαυμάσιο παράδειγμα του πώς μια κομψή αλλά ίσως ασαφής μαθηματική ανακάλυψη στην κβαντική μηχανική έχει ισχυρές αναλογίες με τις ακτίνες λέιζερ και με τη σειρά της οδηγεί σε σημαντικές νέες εφαρμογές της επιστήμης", λέει ο Michael Mazilu.

Παρόμοια πειράματα έχουν κάνει ο Δημήτρης Χριστοδουλίδης και Αριστείδης Δογαρίου στο πανεπιστήμιο της Φλόριδας.