Польские физики наложили друг на друга два луча света, скрученных по часовой стрелке, для того, чтобы в темных регионах получившейся суперпозиции возникла скрученность против часовой стрелки. Это открытие стало еще одним шагом в исследовании взаимодействия света и вещества и в описании странного феномена квантового обратного потока. Он наблюдался в ходе экспериментов впервые. Это как бросить теннисный мяч вперед и увидеть, что он летит в обратную сторону, объясняют это странное квантовое явление физики.

«Представьте себе, что вы бросили теннисный мяч. Он начинает двигаться вперед с положительным импульсом. Если мяч не сталкивается с препятствием, едва ли вы ожидаете, что он внезапно сменит направление движения и вернется к вам, как бумеранг, — сказала Бхонишика Гхош, одна из участников проекта. — А если вы закручиваете мяч по часовой стрелке, вы тоже ожидаете, что он продолжит крутиться в том же направлении».

Однако, все становится сложнее, когда вместо мяча у нас квантовые частицы. В классической механике у объекта есть известное положение, а в квантовой механике и оптике частица может оказаться в двух и более положениях единомоментно. Таким образом, благодаря суперпозиции квантовые частицы могут делать то, на что не способен теннисный мяч. Например, двигаться в обратную сторону или крутиться в обратном направлении. В квантовой физике этот феномен называют обратным потоком.

До сих пор обратный поток в квантовых системах никто не наблюдал. Есть теоретические исследования отношений между обратным потоком в квантовой механике и аномальным поведением оптических волн в частном масштабе, а также этот феномен был продемонстрирован в одном измерении при помощи простой интерференции двух лучей. Физики из Варшавского университета показали эффект обратного потока в двух измерениях, сообщает EurekAlert.

Ученые наложили друг на друга два луча света, скрученных по часовой стрелке, и наблюдали скручивание в направлении против часовой стрелки. Для наблюдений они использовали датчик волнового фронта Шака — Хартмана. Система, состоящая из массива микроскопических линз, находящихся перед датчиком КМОП, обладала достаточно высокой чувствительностью проведения измерений в двух измерениях.

«Мы изучили суперпозицию двух лучей, несущих только отрицательный орбитальный угловой момент, и наблюдали в темном регионе интерференционной картины положительный локальный орбитальный угловой момент, — пояснил Бернард Гошковский, один из участников проекта. — Это и есть азимутальный обратный поток».

Как подчеркивают авторы статьи, их эксперимент можно интерпретировать как суперосцилляции в фазе. Этот феномен относится к ситуации, когда локальные колебания суперпозиции быстрее, чем самый быстрый компонент Фурье. Связь между квантовым обратным потоком и суперосцилляцией была впервые описана учеными в 2010 году. С практической точки зрения обратный поток как проявление быстрой смены фазы может быть использован при взаимодействии света и вещества, в таких приборах, как оптические ловушки или атомные часы.