Идея о том, что свет обладает импульсом, не нова, но точный характер того, как свет взаимодействует с веществом, оставался загадкой почти 150 лет. Новое исследование, недавно опубликованное в Nature Communications, возможно, раскрыло ключ к одной из самых темных тайн света.
Иоганн Кеплер, знаменитый немецкий астроном и математик, впервые предположил в 1619 году, что давление солнечного света может быть причиной того, что хвост кометы всегда направлен от Солнца, говорит соавтор исследования и профессор инженерии в UBC Okanagan Кеннет Чоу. Только в 1873 году Джеймс Клерк Максвелл предсказал, что это радиационнное давление связано с импульсом, который находится в самих электромагнитных полях самого света.
«До сих пор мы не определяли, как этот импульс превращается в силу или движение», говорит Чоу. «Поскольку импульс, переносимый светом, очень мал, у нас не было достаточно чувствительного для его определения оборудования».
Сейчас технологии появились и Чоу, со своей международной исследовательской группой из Словении и Бразилии, проливает свет на эту тайну.
Чтобы измерить эти крайне слабые взаимодействия между фотонами света, команда построила специальное зеркало, снабженное акустическими датчиками и теплозащитой, чтобы свести помехи и фоновый шум к минимуму. Затем они выстрелили лазерными импульсами в зеркало и использовали звуковые датчики для обнаружения упругих волн на поверхности зеркала, подобно ряби на пруду.
«Мы не можем напрямую измерять импульс фотонов, поэтому наш подход заключался в том, чтобы обнаружить его влияние на зеркало, «слушая» волны, которые через него проходили», говорит Чоу. «Мы смогли проследить черты этих волн до импульса, который находится в самом пульсе света, что наконец открывает дверь для моделирования импульса света в материалах».
Это открытие важно для понимания света, но Чоу также отмечает возможное практическое применение давления света — например, в солнечных парусах.