Физики создали тороидальный вихрь света
Физики экспериментально получили устойчивый тороидальный вихрь света, подобный кольцам сигаретного дыма. Для этого ученые конформно преобразовали решение уравнения Максвелла в виде трубки света в решение, которое описывает тороидальный вихрь, а затем использовали это преобразование на практике. Статья опубликована в Nature Photonics.
Тороидальные вихри или вихревые кольца представляют собой структуры в форме бублика, который распространяется перпендикулярно себе и одновременно проворачивается вокруг своей круговой оси. В природе вихревые кольца — не редкость. Например, тороидальный вихрь из крови возникает при быстром заполнении левого желудочка сердца, тороидальные вихри участвуют в рождении микропрорывов и грибовидных облаков, а дельфины создают под водой вихревые кольца из воздуха ради забавы.
Науке известны и более необычные примеры тороидальных вихрей: ученые обнаружили вихревые кольца из магнитных моментов в постоянном магните, а также численно показали, что при столкновении протона с ядром золота возникает расширяющееся тороидальное кольцо из кварк-глюонной плазмы. Однако тороидальный вихрь из света ученые до недавних пор не наблюдали, несмотря на то, что в вакууме фотоны могут двигаться не совсем прямолинейно.
Дело в том, что свет может обладать орбитальным угловым моментом, который отличается от спина фотона тем, что первый связан с формой волнового фронта света, а второй — с его поляризацией. На практике это означает, что поляризованный по кругу фотон движется прямолинейно, вращаясь вокруг своей оси, тогда как фотон, обладающий ненулевым орбитальным моментом, движется по спирали, так что на оси вращения интенсивность света нулевая (последнее связано с тем, что в центре волны света компенсируют друг друга).