Физикам удалось получить световые поля, в которых имеются «узлы темноты» – замкнутые линии нулевой интенсивности.

Исследователи смогли предъявить пример волнового поля в трехмерном пространстве, обладающего крайне сложной структурой. Численное моделирование позволило определить, что у этого поля имеется кривая нулевой интенсивности, завязанная в узел. Ученые полагают, что теоретически можно создать голограмму подобного поля.

В световом луче поток света через пространство похож на течение воды в реке. Несмотря на то, что часто свет распространяется по прямой линии от источника, он также может закручиваться в вихри и световое подобие водоворотов. Вдоль этих «оптических водоворотов» интенсивность света равна нулю, и свет вокруг нас наполнен такими темными вихрями, хотя заметить этого мы не в состоянии, – прокомментировал свою работу ведущий исследователь Марк Деннис (Mark Dennis) из Бристольского университета в Великобритании, слова которого приводит пресс-служба этого учебного заведения.

Голограмма играет роль фильтра для проходящего через нее света, подобно цветным витражам в средневековых церквях. После прохождения такого витража лучи света приобретают разные оттенки и создают изображение на полу. В отличие от витражей, голограмма изменяет не цвет, а фазу электромагнитной волны, которой является каждая частица света, называемая фотоном, – добавил Деннис в интервью Live Science.

В отличие от солнечного света, в лазерном луче все электромагнитные волны имеют одну и ту же частоту, их колебания совпадают по фазе, а плоскости колебаний строго параллельны. Когда луч такого света, называемого когерентным монохроматическим поляризованным светом, проходит через созданную учеными голограмму, разные ее участки начинают по-разному изменять фазу колебаний электромагнитных волн таким образом, что они начинают описывать траектории, следующие вокруг темного светового узла.

Эти узлы, выглядящие как области темного пространства в лазерном луче, ученые сумели наблюдать с помощью цифровой камеры.

При этом, когда речь идет об узлах, то их следует понимать в математическом смысле, то есть как замкнутые кривые в трехмерном пространстве (в обычной жизни, например, у шнурков, на которых завязывают узлы, имеются концы). Данные узлы, вообще говоря, нельзя развязать. Исследователям удалось среди прочего получить классический и простейший в некотором смысле узел, называемый трилистником.

Новая работа относится к современному разделу физики, называемому «сингулярной оптикой». В рамках этого раздела изучаются электромагнитные пучки со сложными структурами волновых фронтов. Многие результаты из этой области применяются в лазерной оптике.