Een onderzoekssamenwerking met theoretische fysici van de Universiteit van Bristol en Birmingham heeft een nieuwe manier gevonden om te evalueren hoe licht door de ruimte stroomt - door er knopen in te leggen.

Laserlicht kan lijken op een enkele, strak gerichte straal. In feite, het is een elektromagnetisch veld, trillend in een ellipsvorm op elk punt in de ruimte. Dit multidirectionele licht wordt 'gepolariseerd' genoemd.

Het effect is te zien bij gepolariseerde zonnebrillen, die slechts één richting van het licht doorlaten. Door ze naar de hemel te houden en te draaien, kijkers zullen donkere en helderdere plekken zien als licht dat in verschillende richtingen stroomt, verschijnt en verdwijnt.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers hebben holografische technologie kunnen gebruiken om een ​​gepolariseerde laserstraal in knopen te draaien.

Professor Mark Dennis, van de School of Physics van de University of Bristol en de School of Physics and Astronomy van de University of Birmingham, leidde het theoretische deel van het onderzoek.

Hij zei:"We zijn allemaal bekend met het leggen van knopen in tastbare stoffen zoals schoenveters of lint. Een tak van de wiskunde genaamd 'knooptheorie' kan worden gebruikt om dergelijke knopen te analyseren door hun lussen en kruisingen te tellen.

"Met licht, echter, dingen worden een beetje ingewikkelder. Het is niet zomaar een enkele draadachtige balk die wordt geknoopt, maar het geheel van de ruimte of 'veld' waarin het beweegt.

"Vanuit wiskundig oogpunt, het is niet de knoop die interessant is, het is de ruimte eromheen. De geometrische en ruimtelijke eigenschappen van het veld staan ​​bekend als de topologie."

Om de topologie van geknoopte lichtvelden te analyseren, onderzoekers van universiteiten in Bristol, Birmingham, Ottowa en Rochester gebruikten gepolariseerde lichtstralen om structuren te creëren die bekend staan ​​als 'polarisatie-singulariteiten'.

Meer dan 35 jaar geleden ontdekt door professor John Nye in Bristol, polarisatie-singulariteiten komen voor op punten waar de polarisatie-ellips cirkelvormig is, met andere polarisaties die zich eromheen wikkelen. In 3 dimensies, deze singulariteiten komen langs lijnen, in dit geval het maken van knopen.

Het team was in staat om knopen te maken met een veel grotere complexiteit dan voorheen mogelijk was in licht en deze tot in de kleinste details te analyseren.

Professor Dennis voegde toe:"Een van de doelen van topologie is om te praten over het weergeven van gegevens in termen van lijnen en oppervlakken. De echte oppervlakken hebben veel meer gaten dan de wiskunde had voorspeld."