Μια πρόσφατα αποκαλυφθείσα ιδιότητα του φωτός υποδηλώνει ότι μπορεί να είναι πολύ πιο αυτάρκες από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Η άγνωστη ιδιότητα του φωτός
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Ανατολικής Αγγλίας εντόπισαν μια προηγουμένως άγνωστη ιδιότητα του φωτός που του επιτρέπει να στρίβει, να περιστρέφεται και να συμπεριφέρεται με ασυνήθιστους τρόπους - χωρίς την ανάγκη καθρεφτών, υλικών ή εξειδικευμένων φακών.
Σε ένα εύρημα που θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει την ιατρική διαγνωστική, τη μετάδοση δεδομένων και τα μελλοντικά κβαντικά συστήματα, επιστήμονες από το Ηνωμένο Βασίλειο και τη Νότια Αφρική απέδειξαν ότι το φως μπορεί να «προγραμματιστεί» εκμεταλλευόμενοι την εγγενή γεωμετρία του.
Αυτό το αποτέλεσμα αμφισβητεί μακροχρόνιες υποθέσεις, δείχνοντας ότι το φως μπορεί να αναπτύξει χειρόμορφη συμπεριφορά - που σημαίνει ότι μπορεί να ενεργεί σαν αριστερόχειρας ή δεξιόχειρας - ενώ κινείται ελεύθερα στο χώρο.
Σύμφωνα με την ομάδα, αυτό θα μπορούσε τελικά να επιτρέψει στο φως να μεταφέρει πληροφορίες, να εξετάζει βιολογικά συστήματα, να χειρίζεται την ύλη και να προστατεύει τα κβαντικά σήματα.
Γιατί η χειρικότητα έχει σημασία
Η χειρικότητα, ή «χειρότητα», παίζει βασικό ρόλο στην επιστήμη. Πολλά μόρια, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που χρησιμοποιούνται στα φάρμακα, υπάρχουν σε αριστερόχειρες και δεξιόχειρες μορφές που φαίνονται σχεδόν πανομοιότυπες αλλά μπορούν να συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά στο σώμα.
Για να διακρίνουν μεταξύ τους, οι επιστήμονες συνήθως βασίζονται σε εξειδικευμένο φως που περιστρέφεται είτε δεξιόστροφα είτε αριστερόστροφα. Μέχρι τώρα, η παραγωγή και ο έλεγχος αυτού του τύπου φωτός απαιτούσε προσεκτικά σχεδιασμένες επιφάνειες, προηγμένα υλικά ή έντονη εστίαση με ισχυρούς φακούς.
Η νέα έρευνα δείχνει ότι αυτά τα βήματα μπορεί να μην είναι απαραίτητα.
«Η εργασία μας δείχνει ότι το φως μπορεί φυσικά να αναπτύξει αυτή τη συμπεριφορά των χεριών από μόνο του», δήλωσε ο Δρ. Kayn Forbes από τη Σχολή Χημείας, Φαρμακευτικής και Φαρμακολογίας του UEA.
«Απλώς πρέπει να το προετοιμάσετε με τον σωστό τρόπο. Οι περισσότεροι άνθρωποι σκέφτονται το φως ως να ταξιδεύει σε ευθείες γραμμές. Αλλά οι επιστήμονες μπορούν επίσης να δημιουργήσουν δομημένο φως - φως του οποίου η φωτεινότητα, το σχήμα και η κατεύθυνση είναι προσεκτικά διατεταγμένα».
Στριφογυρίζοντας, Περιστρεφόμενο και Αναδυόμενα Εφέ
Συνεχίζει: «Ένα ακραίο παράδειγμα είναι το φως που στρίβει καθώς ταξιδεύει, σχηματίζοντας ένα σχήμα τιρμπουσόν γνωστό ως οπτική δίνη. Κάθε στροβιλισμός μπορεί να μεταφέρει πληροφορίες, καθιστώντας αυτό το είδος φωτός πολύτιμο για internet υψηλής ταχύτητας, ασφαλείς επικοινωνίες και προηγμένους αισθητήρες».
«Το φως μπορεί επίσης να περιστρέφεται καθώς ταξιδεύει, ανάλογα με το πώς είναι πολωμένο. Αυτό το σπιν μπορεί να είναι αριστερόστροφο ή δεξιόστροφο - μια άλλη μορφή χειραλότητας».
Προηγουμένως, η αλληλεπίδραση μεταξύ του σπιν του φωτός και της περιστροφικής του κίνησης θεωρούνταν εξαιρετικά ασθενής και παρατηρήσιμη μόνο υπό προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες. Η ομάδα του UEA διαπίστωσε ότι όταν το φως παρασκευάζεται σε μια ακριβώς ισορροπημένη κατάσταση, το σπιν του μπορεί να αναδυθεί φυσικά καθώς ταξιδεύει μέσα στον κενό χώρο.
«Ξεκινά χωρίς καθόλου σπιν», εξήγησε ο μεταπτυχιακός φοιτητής Light Mkhumbuza, ο οποίος πραγματοποίησε βασικά πειράματα. «Αλλά καθώς η δέσμη ταξιδεύει προς τα εμπρός, εμφανίζονται και διαχωρίζονται οι περιστρεφόμενες περιοχές - σχεδόν σαν το σπιν να κρυβόταν και στη συνέχεια να αποκαλυπτόταν».
Δεν υπάρχουν καθρέφτες. Δεν υπάρχουν ειδικά υλικά. Απλώς φως που κινείται ελεύθερα.
Ο Ρόλος της Τοπολογίας
Σύμφωνα με τον Δρ. Isaac Nape στο Πανεπιστήμιο Witwatersrand στο Γιοχάνεσμπουργκ της Νότιας Αφρικής, η εξήγηση βρίσκεται στην τοπολογία - έναν κλάδο των μαθηματικών που μελετά ιδιότητες που παραμένουν αμετάβλητες ακόμα και όταν τα αντικείμενα τεντώνονται ή αναδιαμορφώνονται.
«Για να το εξηγήσουμε, φανταστείτε μια κούπα και ένα ντόνατ», είπε. «Μπορείτε να μεταμορφώσετε το ένα στο άλλο χωρίς να το σκίσετε, επειδή και τα δύο έχουν μία τρύπα. Αυτή η τρύπα είναι ένα τοπολογικό χαρακτηριστικό.»
Το φως φαίνεται να έχει τη δική του εκδοχή αυτού του «αριθμού οπών» - μια κρυφή τοπολογική υπογραφή ενσωματωμένη στη διάταξη της πόλωσής του. Αυτό το χαρακτηριστικό επιμένει καθώς το φως ταξιδεύει και κατευθύνει διακριτικά τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσεται η δέσμη.
Καθώς η δέσμη κινείται προς τα εμπρός, αυτή η εσωτερική δομή προκαλεί την εμφάνιση συμπεριφοράς περιστροφής, δίνοντας στους ερευνητές έναν νέο τρόπο ελέγχου του φωτός χρησιμοποιώντας μόνο τη γεωμετρία.
«Αυτό μας δίνει ένα εντελώς νέο κουμπί συντονισμού για το φως. Ρυθμίζοντας την τοπολογία του, μπορούμε να αποφασίσουμε πώς και πού εμφανίζεται η χειραλικότητα», δήλωσε ο Δρ. Nape.
Μελλοντικές Τεχνολογίες και Επιπτώσεις
«Οι επιπτώσεις είναι ευρείες», δήλωσε ο Δρ. Forbes. «Αυτή η εργασία θα μπορούσε να οδηγήσει σε απλούστερες και πιο ευαίσθητες ιατρικές εξετάσεις, ειδικά στην ανάπτυξη φαρμάκων.»
Συνεχίζει, «Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ενσωμάτωση περισσότερων πληροφοριών σε δέσμες λέιζερ – ενισχύοντας την χωρητικότητα δεδομένων για επικοινωνίες, συμπεριλαμβανομένων των μελλοντικών κβαντικών δικτύων. Και επειδή το φαινόμενο δεν βασίζεται σε εύθραυστα υλικά ή επιφάνειες με ακρίβεια, θα μπορούσε να είναι ευκολότερο και φθηνότερο στη χρήση σε τεχνολογίες πραγματικού κόσμου».
«Αυτή η έρευνα θα μπορούσε να θέσει τα θεμέλια για μια νέα γενιά τεχνολογιών που βασίζονται στο φως, δείχνοντας ότι η συμπεριφορά του φωτός μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας τη δική του εσωτερική γεωμετρία», πρόσθεσε.
Βασικές μελλοντικές εφαρμογές:
Απλούστερες ιατρικές και φαρμακευτικές δοκιμές, χρησιμοποιώντας ειδικά δομημένο φως για τη διάκριση αριστερόστροφων και δεξιόστροφων μορίων ζωτικής σημασίας για την ασφάλεια των φαρμάκων και την ανίχνευση ασθενειών.
Πιο ισχυρές κβαντικές τεχνολογίες, με την τοπολογία να βοηθά στην προστασία ευαίσθητων κβαντικών πληροφοριών από θόρυβο και διαταραχές. Οι ερευνητές λένε ότι τα ευρήματά τους αμφισβητούν μακροχρόνιες ιδέες για το τι μπορεί να κάνει το φως από μόνο του.
www.worldenergynews.gr
