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光虽然沿直线传播,但光依然可绕中心轴转动

(2016-12-25 17:50:25)
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虽然沿直线传播,但光是会转动的

2016-06-15 中科院物理所

        众所周知,一束光可测量的特征之一是角动量。直到现在,人们一直以为所有形式光的角动量是个复杂的普朗克常数(描述量子效应的物理常数)。

  最近,来自都柏林圣三一学院物理系的Kyle Ballantine博士和Paul Eastham教授,与来自克兰的John Donegan教授展示了光的一种新形式,每个光子(可见光的基本微粒)的角动量只是普朗克常数的一半。这种差异虽然小,但却意义非凡。这些结果近期发表于《科学》杂志网站。

  Paul Eastham教授对这项工作评价道:“我们对探究如何改变光的表现形式的方式和这对人类发展有何帮助很有兴趣。研究结果显示的光的基本性质让我如此兴奋,因为长久以来物理学家一直以为的光的基本性质不是一成不变,而现在表明这是可改变的。

  John Donegan教授说:“我的研究致力于纳米光子束,是在纳米量级上光的表现形式的研究。一束光的特性有光色、波长,还有鲜有人知的角动量。角动量是描述物体转动量的物理量。对一束光而言,尽管传播方向为直线,但光依然可绕中心轴转动。

  CRANN的编辑,Stefano Sanvito教授说:“物理学家一直对光的研究很有兴致,这也是物理领域内有证明让人理解最好的研究领域之一。这项发现对全球物理学家以及其他的科学家来说是种突破。很高兴再次看见克兰和三一物理系共同研究改变我们传统对光理解的基础科学。”

  在研究期间,该团队发现了200年前在同一机构得出的相同结果。19 世纪30 年代,数学家William Rowan Hamilton和物理学家Humphrey Lloyd发现,当一束光通过某一晶体时会变为空心圆柱。团队利用这种现象将光束会变为一种螺旋状结构。

  利用量子力学分析这些光束,他们猜想光子的角动量是半整数,然后设计了一个实验区证明他们的猜想。利用一种特殊人工设备,来测量一束光角动量流。他们第一次利用实验检测出了导致量子效应的变化流。这项实验显示了一个微小的转变,每个光子的角动量是普朗克常数的一半。

  自20世纪80年代,理论物理学家就在猜测自由移动的二维粒子在三维空间内如何受量子力学作用。他们发现这能产生奇怪的新现象,包括量子数为预期分数的微粒。这项研究第一次显示这些猜想可用光来证明。

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