Ученые уже давно знали, как создавать спиральные пучки света или электронов, известные как вихревые пучки, но созданы вихревые пучки из атомов и молекул впервые. Информация об этом опубликована в журнале Science.
Известно, что вихревые пучки, состоящие из света или электронов, показали перспективность для создания специальных типов изображений под микроскопом и для передачи информации с использованием квантовой физики. Однако вихревые пучки более крупных частиц, таких как атомы или молекулы, настолько новы, что возможные области применения еще не ясны. Так рассказывает физик Соня Франке-Арнольд из Университета Глазго в Шотландии, которая не участвовала в исследованиях.
В квантовой физике частицы описываются волновой функцией, волнообразной схемой, которая позволяет ученым вычислять вероятность нахождения частицы в определенном месте. Но волны вихревых лучей не плещутся вверх и вниз, как рябь на воде. Частицы лучей имеют волновые функции, которые движутся по спирали, когда луч появляется в пространстве. Это означает, что луч несет вращательный импульс, известный как орбитальный угловой момент.
Учёные из Научного института Вейцмана в Реховоте, Израиль, создали новые пучки, пропустив атомы гелия через сетку специально сформированных разрезов шириной всего 600 нанометров каждый. Команда обнаружила отличительную черту вихревых пучков: ряд колец в форме пончика, отпечатанных атомами на детекторе, в которых каждый “пончик” соответствует лучу с различным орбитальным угловым моментом.
Другой набор “пончиков” показал наличие вихревых пучков гелиевых эксимеров, молекул, образующихся, когда атом гелия в возбужденном или заряженном состоянии соединяется с другим атомом гелия.
Специалисты планируют исследовать, что происходит, когда вихревые пучки молекул, или атомов сталкиваются со светом, электронами или другими атомами или молекулами. Такие столкновения хорошо понятны для обычных пучков частиц, но не для пучков с орбитальным моментом импульса. Подобные вихревые пучки, созданные протонами, также могут служить методом исследования таинственных внутренностей субатомных частиц.
“В физике самые важные вещи достигаются, когда мы пересматриваем известные явления с новой точки зрения. – отмечает физик Иван Мадан из EPFL, Швейцарского федерального технологического института в Лозанне, который не принимал участия в исследованиях. – И, конечно же, этот эксперимент позволяет нам это сделать”.
