В статье, опубликованной в журнале Science Advances сегодня, исследователи демонстрируют, что для света от такого источника, как Солнце, случайные колебания интенсивности приводят к корреляциям скрученных световых лучей. Они продемонстрировали наличие этих корреляций, изменив ставший уже классическим эксперимент под названием интерферометрия Ханбери Брауна – Твисса (HBT), чтобы сосредоточиться на угловой информации, содержащейся в свете, «повороте» света.
Команда Роберта В. Группа Бойда из Института оптики Рочестера предполагает, что эти корреляции могут позволить использовать солнечный свет (или аналогичный тип света) для некоторых приложений дистанционного зондирования и обнаружения объектов, которые до сих пор считались требующими лазеров и запутанных фотонов.
Новый метод может также предложить способ изучения астрофизических явлений, в которых закрученный свет играет ключевую роль. Например, было высказано предположение, что вращающиеся черные дыры могут оставлять отпечаток определенного пальца в искривленном свете – тот, который можно было бы найти с помощью этого нового углового HBT.
«Искривленный свет окружает нас и возникает естественным образом», – сказал Омар С. Магана-Лоайза, первый автор исследования и доктор.D. студент в команде Бойда. "И чем более хаотичен свет, тем сильнее корреляция изогнутых лучей, образующих свет. Используя интерферометрию HBT, мы смогли выявить эти корреляции, что открывает двери для многих интересных приложений."
В 1956 году Роберт Хэнбери Браун и Ричард К. Твисс опубликовал революционную статью по оптической физике, описывающую новую форму интерференции. Звездный интерферометр Ханбери Брауна и Твисса собирал свет, создаваемый двумя независимыми источниками на звезде, а затем обнаруживал свет в двух разных местах на Земле.
Это не только дало им возможность оценить размер Сириуса с большой точностью, но эксперимент HBT также вызвал множество дискуссий в этой области, потому что казалось, что классическая и квантовая теории света предлагают разные предсказания.
В эксперименте в Рочестере используется аналогичная установка, но рассматривается искаженный свет. Искривленный свет – это свет, который изгибается при распространении, образуя своего рода форму штопора.
Он может более или менее круто закручиваться, что описывается его орбитальным угловым моментом. Многие эксперименты с использованием закрученного света проводятся с помощью лазеров – когерентных источников света – и часто основываются на использовании запутанных фотонов. Но новый эксперимент показывает, что для многих приложений свет звезды или других распространенных источников может работать так же хорошо, как источник искривленного света.
«Генерация запутанных фотонов – всегда сложная задача», – сказал Магана-Лоайса. «Одним из преимуществ использования скрученных лучей случайного света является то, что процесс генерации проще и почти естественен.
Еще одно преимущество состоит в том, что вместо детекторов одиночных фотонов можно использовать стандартные детекторы. Это важно, потому что ученые не будут ограничены работой при слабом освещении, что открывает двери для некоторых реальных приложений.
Обычно использование запутанных фотонов вынуждает ученых работать в темноте, в противном случае шум сильно влияет на эксперименты."
Но Магана-Лоайса ясно, что корреляции в закрученном свете не предлагают альтернативы для многих других приложений, требующих запутанных фотонов. Он добавил, что «запутанные фотоны обладают другими атрибутами, которые случайные поля света не обеспечивают, например, идеальной корреляцией и нелокальностью, как квантовыми эффектами."