Фізики змусили лазерний промінь рухатися проти течії світлової рідини

Зазвичай об'єкти в рухомому середовищі рухаються разом із потоком, якщо не докласти значних зусиль, щоб іти проти течії. Схожа логіка працює й для світла: щоб фотон рухався назустріч світловому потоку, потрібен зовнішній вплив або витрата енергії. Утім, новий експеримент показав, що це не єдиний можливий сценарій.

Дослідження опубліковано в журналі Physical Review A. Його автори змоделювали ситуацію, в якій вузький лазерний промінь рухався в напрямку, протилежному до руху широкої оптичної «рідини». Для цього два лазерні промені спрямували крізь спеціальний нелінійний кристал. Один із них відігравав роль рідини, інший — «плавця». Змінюючи нахил променя-«рідини», вчені керували швидкістю та напрямком потоку.

Класичний третій закон Ньютона описує симетрію: на кожну дію існує рівна за величиною та протилежна за напрямком протидія. Проте ця симетрія може порушуватися за нереципрокних взаємодій, коли один об'єкт впливає на інший інакше, ніж той на нього. Саме за таких умов внутрішні процеси здатні перетворюватися на сумарний імпульс. Попередні експерименти з рухом проти потоку спиралися на відрив вихорів, який підпорядковується законам Ньютона. У новій роботі вперше використано нереципрокні взаємодії, щоб безпосередньо порушити симетрію.

Механізм дослідники пояснюють асиметричним проходженням «плавця» крізь середовище. Через невзаємність взаємодії виникають незвичні сили протидії. Крім того, рух проти течії виявився інтенсивнішим за проміжних значень швидкості та густини рідини, а не за максимальних чи мінімальних показників.

Для перевірки теорії вчені поєднали комп'ютерне моделювання, аналіз розсіювання та лабораторні експерименти. Хоча в роботі використано оптичний аналог квантової рідини, а не матеріальні середовища на кшталт ультрахолодних атомів чи рідкого гелію, отримані результати створюють потужну експериментальну платформу.

Автори наголошують, що відкриття поглиблює розуміння нереципрокних взаємодій у квантовому режимі та прокладає шлях до створення нових квантових пристроїв з активними функціями. Для студентів і батьків це нагадування, що сучасна фізика все частіше працює на межі фундаментальних законів, а оптичні експерименти стають базою для майбутніх технологій.