Onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv hebben voor het eerst de terugstroom aangetoond van optisch licht dat zich naar voren voortplant. Het fenomeen, meer dan 50 jaar geleden getheoretiseerd door kwantumfysici, is nog nooit met succes in enig experiment aangetoond - tot nu toe.

"Dit 'terugstroom'-fenomeen is vrij delicaat en vereist uitstekende controle over de toestand van een deeltje, dus de demonstratie ervan werd een halve eeuw lang verhinderd, " legt Dr. Alon Bahabad van de afdeling Fysische Elektronica van de TAU's School of Electrical Engineering uit, die het onderzoek voor het onderzoek leidde.

"Dit fenomeen onthult een niet-intuïtief gedrag van een systeem dat bestaat uit golven, of het nu een deeltje in de kwantummechanica is of een lichtstraal. Onze demonstratie zou wetenschappers kunnen helpen om de atmosfeer te onderzoeken door een laserstraal uit te zenden en een signaal te induceren dat zich achterwaarts naar de laserbron voortplant vanaf een bepaald punt voor de laserbron. Het is ook relevant voor gevallen waarin fijne controle van lichtvelden vereist is in kleine volumes, zoals optische microscopie, detectie- en optische pincet voor het verplaatsen van kleine deeltjes, " zegt Dr. Bahabad.

De studie, gepubliceerd op 16 januari in optiek , werd uitgevoerd door Dr. Bahabad's afgestudeerde studenten Dr. Yaniv Eliezer, nu aan de Yale University, en Thomas Zacharias.

Licht is vergelijkbaar met kwantumdeeltjes in die zin dat beide kunnen worden geconstrueerd uit interfererende golven. Een dergelijke constructie, waarin verschillende golven bij elkaar worden opgeteld om een ​​nieuwe golf te produceren, staat bekend als een superpositie. Als een speciale superpositie van golven, allemaal voortplantend, is gebouwd, de algehele golf kan realiseren wat 'optische terugstroom' wordt genoemd.

In hun holografie-experiment, de wetenschappers splitsten en monteerden een laserstraal in de vorm van lichtgolven die zich onder positieve hoeken ten opzichte van een as voortplantten. De verschillende lichtbundels moesten zeer zorgvuldig worden geconstrueerd, met precieze waarden voor hun sterkte en vertraging. Nadat de superpositie is gemaakt, een kleine spleet werd geplaatst en loodrecht op de balk verplaatst naar, in werkelijkheid, meet de richting van de straal op verschillende locaties.

Het licht dat uit de spleet ontsnapte, bleek op de meeste locaties in een positieve hoek te bewegen. Maar op sommige plaatsen het licht dat uit de spleet ontsnapt plantte zich voort onder een negatieve hoek, hoewel het licht dat de andere kant van de spleet raakte, bestond uit een superpositie van bundels die zich allemaal onder een positieve hoek voortplanten.

"We gebruikten holografie om een ​​duidelijke manifestatie van het terugstroomeffect te creëren, " voegt Dr. Bahabad toe. "Op een gegeven moment realiseerden we ons dat we een eerdere studie van ons kunnen gebruiken, waar we het wiskundige fenomeen ontdekten dat bekend staat als suboscillatie, om ons te helpen een lichtstraal met terugstroom te ontwerpen."

"Concluderen, als storende golven, allemaal in één richting, zijn op een speciale manier geconstrueerd, en je zou de voortplantingsrichting van de totale golf op specifieke locaties en tijden meten, je zou kunnen vinden dat de golf achteruit gaat. Deze golf kan een deeltje beschrijven met behulp van kwantummechanica. Dit verrassende gedrag schendt elke intuïtie die we hebben opgedaan door onze dagelijkse ervaring met de beweging van macroscopische objecten. Hoe dan ook, het gehoorzaamt nog steeds de wetten van de natuur."