وفي تجربة حديثة أجريت في جامعة تل أبيب ونشرت في مجلة Nature Photonics المرموقة، أظهر الباحثون أنه من الممكن أيضًا تقسيم وثني مسار أشعة الضوء، باستخدام شعاع ضوئي إضافي وبلورة غير خطية
تتقدم أشعة الضوء في وسط موحد مثل الهواء أو الزجاج في خطوط مستقيمة، ولكن من ناحية أخرى، يمكن أن ينحني مسار الجسيمات المشحونة مثل الإلكترونات عن طريق تطبيق مجال كهربائي أو مغناطيسي. وفي تجربة حديثة أجريت في جامعة تل أبيب ونشرت في مجلة Nature Photonics المرموقة، أظهر الباحثون أنه من الممكن أيضًا تقسيم وثني مسار أشعة الضوء، باستخدام شعاع ضوئي إضافي وبلورة غير خطية.
يضم فريق الباحثين من كلية الهندسة وكلية الفيزياء بجامعة تل أبيب طلاب الدكتوراه أوفير إسرام (الذي قاد التجربة) وأفيف كارنيالي، والدكتور ستيفن جاكيل، والدكتور جوزيبي دي دومينيكو، والدكتور سيفان تراختنبرغ. - ميلز، بتوجيه من البروفيسور عدي أرييه، المسؤول عن كرسي ماركو ولوسي شاؤول.
تعتمد التجربة التي تم إجراؤها على تشبيه في المجال البصري لإحدى التجارب الرئيسية لنظرية الكم، وهي تجربة ستيرن-جيرلاخ التي نُشرت قبل 100 عام بالضبط، في عام 1922. أرسل الباحثان الألمانيان أوتو ستيرن ووالتر جيرلاخ ذرات الفضة. من خلال مجال مغناطيسي متغير مكانيا، ولاحظت أنه نتيجة لانشطار حزمة الذرات: انحرف نصف الذرات في اتجاه واحد، والنصف الآخر في الاتجاه المعاكس. وذلك لأن إلكترونات التكافؤ في الفضة لها خاصية تسمى الدوران، والتي تحدد أيضًا العزم المغناطيسي لكل إلكترون. يؤثر المجال المغناطيسي الخارجي على الإلكترون بقوة تعتمد على اتجاه العزم المغناطيسي لذلك الإلكترون. في التجربة، أصبح من الواضح أن قيمة الدوران المقاسة يمكن أن تحتوي على قيمتين محتملتين فقط (تسمى "أعلى" و"أسفل")، وبالتالي فإن شعاع الذرات ينقسم إلى زاويتين فقط.
اليوم، بعد مرور 100 عام على التجربة الأصلية، أجرى باحثون من جامعة تل أبيب تجربة موازية في مجال البصريات، حيث تم تقسيم أشعة الضوء باستخدام تفاعل غير خطي (تفاعل يمكن أن تؤثر فيه أشعة الضوء على بعضها البعض).
وكجزء من التجربة، استخدم الباحثون بلورات بصرية غير خطية. ووفقا لهم، غالبا ما تستخدم هذه البلورات لإجراء تحويلات التردد - أي أن شعاع الليزر بطول موجة معين (لون) سيصبح شعاعًا بطول موجي مختلف.
يشرح البروفيسور عدي أرييه: "في هذه التجربة، أرسلنا 3 أشعة ضوئية ذات أطوال موجية مختلفة إلى بلورة غير خطية، والتي من أجل الراحة سنضع علامة رمزية عليها على أنها أشعة زرقاء وخضراء وحمراء. الشعاع الأخضر أقوى بكثير من الأشعة الأخرى، ومن خلال العملية غير الخطية يمكن تحويل الطاقة من الشعاع الأزرق إلى الأحمر أو العكس. وفي التجربة التي تم تنفيذها، تم إرسال شعاع أخضر عريض، أقصى شدة له في المركز، ويتناقص إلى الصفر عند حواف الشعاع. وهذا يخلق تفاعلاً يتغير في الفضاء - تفاعل قوي في مركز الشعاع، وتفاعل ضعيف عند الحافة.
ويضيف البروفيسور أرييه أن "هذا الشعاع يلعب دورًا مشابهًا للمجال المغناطيسي المتغير مكانيًا في تجربة ستيرن-جيرلاخ الأصلية. فإذا أرسلنا شعاعًا أزرقًا إلى المنطقة المضاءة بانعكاسات الشعاع الأخضر، فسنحصل على انقسام إلى شعاعين يتحركان بزوايا مختلفة، ولكل منهما الآن ضوء أزرق وضوء أحمر. في أحد الحزم يكون الضوء الأزرق والضوء الأحمر لهما نفس الطور (الطور) ويتحركان إلى اليمين وفي الشعاع الآخر يكونان في الاتجاه المعاكس ويتحركان إلى اليسار. هذين الشعاعين هما التناظرية الدورانية للإلكترون في تجربة ستيرن جيرلاخ الأصلية. من الممكن أيضًا زيادة أو تقليل زاوية الانقسام عن طريق زيادة أو تقليل شدة الليزر الأخضر. من ناحية أخرى، عندما تم إدخال شعاع مشترك من اللونين الأزرق والأحمر، لم يكن من الممكن رؤية أي انقسام - انحرف الشعاع في اتجاه واحد فقط، اعتمادًا على حدوثه بين الألوان المدرجة. تشبه هذه التجربة الحالة التي يتم فيها إدراج ذرات الفضة ذات الدوران "لأعلى" أو "لأسفل" فقط في تجربة ستيرن جيرلاخ.
في الختام، يوضح الباحثون أن الانقسام المكاني للأطوال الموجية ليس بالأمر الجديد. يسمح المنشور، على سبيل المثال، بالتقسيم المكاني للأطوال الموجية إلى زوايا مختلفة، لكن هذا التقسيم يكون دائمًا ويفصل كل لون في اتجاه واحد. في التجربة الموضحة كجزء من هذا البحث، يتيح الانقسام إمكانية استخدام مجموعة من الأطوال الموجية، اعتمادًا على الحدوث بينها، والتحكم في زاوية الانقسام بواسطة شعاع ضوئي إضافي. ولهذه الظاهرة تطبيقات محتملة في مجالات معالجة الإشارات والاتصالات البصرية، والاتصالات الكمومية، والحوسبة الكمومية، والاستشعار الدقيق، والمزيد. ويرى الباحثون أن التجربة ستكون نقطة البداية لمزيد من التجارب التي تستفيد من التوازي بين أنظمة الإلكترونات في المجال المغناطيسي والأنظمة البصرية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
في عام 1995 درستها في التخنيون - المواد المنكسرة للضوء. تم التعامل معها من قبل باحثين في الهندسة الكهربائية والفيزياء، وربما أكثر من ذلك بقليل. كسر - كسر.