Valo voi siis pyöriä – ihan itsekseen

Olin varma, että olen nähnyt kaiken. Olen kirjoittanut tiedeuutisia vuosia. Mutta tämä yllätti minut.

Valo. Pyörii. Ilman, että kukaan käskee.

Älä huoli, selitän

Tiedemiehet ovat tienneet pitkään, että valo käyttäytyy outosti. Se voi vääntäytyä korkkiruuvin muotoon. Se voi pompata pinnoilta. Se tekee kaikenlaista, mitä emme tule ajatelleeksi, kun painamme valokytkintä.

Mutta nyt tutkijat East Angliasta ja Etelä-Afrikan Witwatersrandin yliopistosta ovat löytäneet jotain uutta. Valo voi alkaa pyöriä omin päin matkallaan tyhjän läpi. Ei linssejä. Ei peilejä. Ei erikoisia materiaaleja. Vain valoa, joka yhtäkkiä alkaa pyöriä.

Minä sanon vaan. Se on omituista. Ja siistiä.

Chirality – ei niin pelottava termi

Tutkijat kutsuvat tätä ilmiötä chiralityksi. Se on hienompi sana sanalle "kätisyys". Ajattele käsiäsi. Vasen kätesi on oikean peilikuva. Mutta et voi asettaa niitä päällekkäin. Ne ovat erilaisia, vaikka näyttävät melkein samalta.

Sama pätee moneen molekyyliin. Tämä on tärkeää lääketieteessä. Jotkut molekyylit ovat "vasenkätisiä" ja "oikeakätisiä". Ne näyttävät melkein identtisiltä, mutta vaikuttavat kehoon eri tavalla. Sama molekyyli voi parantaa sinut tai tehdä sinut saireksi. Kaikki riippuu siitä, kumpi "käsi" se on.

Tutkijat ovat aina tarvinneet erikoislaitteita nähdäkseen nämä erot. Mutta nyt he huomasivat, että huolellisesti valmistettu valo voi kehittää pyörimiskäyttäytymisen luonnollisesti. Matkallaan avaruuden läpi.

"Valo voi kehittää tämän kätisyyden omin päin", sanoi tohtori Kayn Forbes UEA:sta. "Sinun tarvitsee vain valmistaa se oikealla tavalla."

Vain valmistaa oikealla tavalla. Ei ongelmaa.

Spini oli piilossa

Tämä on se juttu, joka kolahti.

Tutkijat osoittivat, että voit aloittaa valolla, jossa ei ole yhtään pyörimistä. Nolla. Ei mitään. Mutta sitten, kun valo etenee, erilliset pyörivät alueet yhtäkkiä ilmestyvät ja erottuvat.

MSc-opiskelija Light Mkhumbuza, joka teki keskeiset kokeet, kuvasi sen kauniisti: "Melkein kuin spini olisi piilossa ja sitten paljastuisi."

Kuinka runollista. Valo, joka paljastaa piilotetun spininsä leijailessaan avaruudessa. Rakastan tätä kuvausta.

Salainen ainesosa: topologia

Miten tämä toimii? Tutkijoiden mukaan kyse on topologiasta. Se kuulostaa pelottavalta, mutta on oikeasti aika siistiä.

Ajattele näin. Kahvimuki ja donitsi näyttävät erilaisilta. Mutta matemaattisesti ne ovat sama asia. Miksi? Koska molemmissa on tasan yksi reikä. Voit muokata kahvimukin donitsin muotoon ilman leikkaamista tai liimaamista. Reikä on "topologinen ominaisuus" – jotain, joka pysyy samana, vaikka muokkaisit esinettä.

Tutkijat huomasivat, että rakenteellisella valolla on omat topologiset ominaisuudet koodattuna sen sisäiseen rakenteeseen. Nämä ominaisuudet määräävät, missä pyörivät alueet ilmestyvät valon liikkuessa. Kyse ei ole ulkoisen ohjauksen lisäämisestä. Kyse on valon oman geometrian tekemästä työstä.

Miksi sinun pitäisi välittää?

Rehellisesti? Tämä voi olla isompi juttu kuin miltä kuulostaa.

Tutkijaryhmä uskoo, että tämä löytö voi johtaa herkempiin lääketieteellisiin testeihin. Kuvittele, että voisit havaita molekyylejä helpommin katsomalla, miten ne vuorovaikuttavat valon kanssa, jolla on luonnostaan oikeanlaista pyörimistä.

Se voisi myös parantaa viestintää. Vääntelehtivä, pyörivä valo voi kantaa enemmän tietoa kuin tavallinen valo. Vähän kuin kierrepasta voi pitää sisällään enemmän kuin suora nuudeli. Tämä voisi tarkoittaa nopeampaa, turvallisempaa tiedonsiirtoa.

Ja jos olet kiinnostunut kvanttiteknologiasta, tämä voi tarjota uusia tapoja käsitellä valoa kvanttilaskennassa ja salakirjoituksessa.

Kaiken ydin

Tämä tutkimus sai minut ajattelemaan jotain. Opimme edelleen perusasioita valosta – siitä, mitä olemme tutkineet vuosisatoja. Otamme valon itsestäänselvyytenä. Auringonvalo, lamput, puhelimen näyttö. Silti valolla on yhä salaisuuksia kerrottavana.

Valo ei vain etene suorilla viivoilla. sillä on piilotettu geometria, piilotettuja ominaisuuksia ja ilmeisesti piilotettuja pyörimisiä, jotka voivat paljastua oikeissa olosuhteissa.

Se on aika uskomatonta. Joka kerta kun katsot sateenkaarta tai katsot auringonvalon suikaletta ikkunasta, näet ilmiön, joka on monimutkaisempi ja kauniimpi kuin koskaan kuvittelimme.

En tiedä sinusta, mutta minä aion katsoa valoa vähän eri tavalla jatkossa.