Ученые реализовали эксперимент по взаимодействию фотонов закрученного света с отдельными атомами. Результаты соответствовали теоретическим оценкам с точностью в 3%. Статья с описанием опытов опубликована в New Journal of Physics.

Взаимодействие фотона с атомом и вычисление вероятности поглощения света электроном — одна из простейших задач в квантовой механике. Этот процесс описывается так называемыми правилами отбора, которые определяют, переходы между какими энергетическими уровнями разрешены для электрона и, соответственно, фотоны каких энергий он может поглощать или излучать.

В простейшем случае рассматривается однородный поток света, состоящий из плоских волн. В таком случае фотоны помимо частоты и поляризации характеризуются только спином (внутренним угловым моментом). Однако электромагнитное излучение может быть намного сложнее: в частности, волновой фронт может быть в виде спиралевидной поверхности — в таком случае свет называют закрученным. Такие фотоны также переносят орбитальный угловой момент.

Правила отбора для взаимодействия с таким излучением намного сложнее. В новой работе впервые измеряется вероятность поглощения фотона отдельным атомом в зависимости от положения атома внутри пучка света, а также от степени закрученности и поляризации. Физики из нескольких американских университетов выяснили, что экспериментальные данные хорошо соответствуют теоретическим расчетам. Лучшее понимание взаимодействия закрученного света с веществом поможет разработать новые методы анализа свойств на основе изменения поляризации (поляриметрия), а также разработать новые способы передачи квантовой информации.