Forskare vid Tel Aviv -universitetet har för första gången visat återflödet av optiskt ljus som sprider sig framåt. Fenomenet, teoretiserade för mer än 50 år sedan av kvantfysiker, har aldrig tidigare visats framgångsrikt i något experiment – ​​förrän nu.

"Detta 'backflow'-fenomen är ganska känsligt och kräver utsökt kontroll över en partikels tillstånd, så dess demonstration hindrades i ett halvt sekel, " förklarar Dr. Alon Bahabad vid institutionen för fysisk elektronik vid TAU:s School of Electrical Engineering, som ledde forskningen för studien.

"Detta fenomen avslöjar ett ointuitivt beteende hos ett system som består av vågor, oavsett om det är en partikel i kvantmekaniken eller en ljusstråle. Vår demonstration kan hjälpa forskare att undersöka atmosfären genom att sända ut en laserstråle och inducera en signal som fortplantar sig bakåt mot laserkällan från en given punkt framför laserkällan. Det är också relevant för fall där finkontroll av ljusfält krävs i små volymer, såsom optisk mikroskopi, avkännande och optisk pincett för att flytta små partiklar, " säger Dr Bahabad.

Studien, publicerades den 16 januari i Optica , leddes av Dr. Bahabads doktorander Dr. Yaniv Eliezer, nu vid Yale University, och Thomas Zacharias.

Ljus liknar kvantpartiklar genom att båda kan konstrueras från störande vågor. En sådan konstruktion, där flera vågor läggs samman för att producera en ny våg, är känt som en superposition. Om en speciell överlagring av vågor, allt fortplantar sig framåt, är konstruerad, den övergripande vågen kan realisera vad som kallas "optiskt tillbakaflöde".

I deras holografiexperiment, forskarna delade och återmonterade en laserstråle i form av ljusvågor som fortplantade sig i positiva vinklar i förhållande till en axel. De olika ljusstrålarna måste konstrueras mycket noggrant, med exakta värden för deras styrka och fördröjning. När superpositionen väl skapades, en liten slits sattes och flyttades vinkelrätt mot strålen för att, i själva verket, mät strålens riktning på olika platser.

Ljuset som strömmade ut från slitsen visade sig på de flesta platser röra sig i en positiv vinkel. Men på vissa platser, ljuset som lämnade slitsen fortplantade sig i en negativ vinkel, även om ljuset som träffade den andra sidan av slitsen bestod av en överlagring av strålar som alla fortplantade sig i en positiv vinkel.

"Vi använde holografi för att skapa en tydlig manifestation av backflow-effekten, ", tillägger Dr. Bahabad. "Vi insåg någon gång att vi kan använda en tidigare studie av vår, där vi upptäckte det matematiska fenomenet som kallas suboscillation, för att hjälpa oss att designa en ljusstråle med tillbakaflöde."

"För att avsluta, om störande vågor, allt går åt ett håll, är konstruerade på ett speciellt sätt, och du skulle mäta utbredningsriktningen för den totala vågen vid specifika platser och tider, du kanske bara märker att vågen går bakåt. Denna våg kan beskriva en partikel med hjälp av kvantmekanik. Detta överraskande beteende bryter mot alla intuitioner som vi fått från vår dagliga erfarenhet av rörelse av makroskopiska föremål. Ändå, den lyder fortfarande naturens lagar."