Как скрутить свет в узел

l2_11.jpg

В США ученые во главе с Хридешем Кедиа (Hridesh Kedia) из Чикагского университета нашли новое семейство решений уравнений Максвелла, сообщает журнал Physical Review Letters.

Американские, польские и испанские учёные во главе с Хридешем Кедиа (Hridesh Kedia) из Чикагского университета (США) обнаружили совершенно новое семейство решений уравнений Максвелла, позволяющее создавать торические узлы (узлы на поверхности тора) из световых пучков.
Рис. 1. Линия силового магнитного поля узла-трилистника для света показана оранжевым. Соответствующий этому узлу тор выделен пурпурным, линии магнитного поля на его поверхности — синим. (Здесь и ниже иллюстрации Hridesh Kedia et al).
Более того, одно из представленных решений включает линии магнитного поля с узлом-трилистником вокруг тора, ориентированного перпендикулярно направлению распространения света (см. иллюстрацию). По мере перемещения света такой узел будет искажаться, но при этом всё время сохранять топологические особенности узла-трилистника. Линии электрического поля имеют ту же структуру, что и линии такого магнитного поля, но сдвинуты относительно оси распространения на угол, который зависит от параметров самого узла.
Другие решения уравнений Максвелла дают линии поля, описывающие соединённые между собой кольца и даже пятиконечный узел (он же узел Соломоновой печати):

 
Исследователи полагают, что
такие узлы для света можно реализовать в лаборатории при помощи лагерровых мод гауссовых пучков — ранее уже создавшихся при изучении возможностей переноса орбитального углового момента.
Рис. 2. Неужели свет может принимать форму торических узлов?
Если это предположение верно, такие узлы могут получить ряд научных приложений. Физики уже исследовали теоретические возможности использования лагерровых мод гауссовых пучков для создания ловушек для ультрахолодных атомов, и разработка столь необычных форм световых узлов способна открыть в этой области новые возможности.
В принципе, «выстреливая» такими узлами в плазму или квантовую жидкость, можно также добиться создания узлоподобных образований в этих видах материи.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.