Учёные обнаружили, что лучи лазера могут блокировать свет и отбрасывать тень

Обычно тени отбрасывают непрозрачные объекты, не пропускающие свет. Однако физики только что обнаружили нечто очень необычное. Лазер, проходящий через определёный прозрачный материал, может заставить его окружение стать непрозрачным, как будто отбрасывая тень. Когда два луча лазерного излучения пересекаются особым образом, первый луч не может пройти через второй, создавая теневую линию в свете, падающем на поверхность.

«Наша демонстрация весьма неинтуитивного оптического эффекта заставляет нас пересмотреть наше представление о тени», — говорит физик Рафаэль Абрахао из Брукхейвенской национальной лаборатории (США).

За исключением особых обстоятельств, фотоны не взаимодействуют друг с другом, а пересекающиеся волны беспрепятственно проходят друг сквозь друга. Если скрестить два луча, они пройдут друг через друга – это можно проверить, посветив одним лучом фонарика на другой.

Абрахао и его коллеги изучали, как взаимодействуют пучки света при использовании нелинейных материалов. Это материалы, взаимодействие которых со светом происходит нелинейно, что приводит к таким эффектам, как усиление, поглощение, самофокусировка и повторение частоты.

Они использовали программное обеспечение для 3D-моделирования, чтобы создать простые схемы для своих экспериментов. В этом программном обеспечении луч света был представлен в виде сплошного цилиндра, отбрасывающего тень, и физикам это показалось довольно забавным… пока они не обнаружили нечто необычное.

«То, что началось как забавная беседа за обедом, привело к разговору о физике лазеров и нелинейно-оптическом отклике материалов, — говорит Абрахао. — Оттуда мы решили провести эксперимент, чтобы продемонстрировать тень от лазерного луча».

Рубин — популярный материал для изучения нелинейной оптики, поэтому исследователи использовали его в качестве точки встречи для двух лазеров: синего и зелёного.

Свет синего лазера был направлен на одну сторону рубина, где он проходил сквозь него и давал свечение на экране, а узкий луч зелёного лазера проходил перпендикулярно первому с другой стороны.

Там, где тонкая линия зелёного света падала на молекулы рубина, происходил сложный танец электронов. Как следствие, чуть более короткая длина волны синего света была сбита с толку переходящими электронами, и его путь через полупрозрачный материал был заблокирован.

Поэтому зелёный лазерный луч повёл себя как непрозрачный объект, создав тёмную линию в синем свете, которая попала на экран по другую сторону рубина.

Эта тёмная линия по всем параметрам подходила под определение тени. Она была видна невооружённым глазом, соответствовала контурам экрана, на который отбрасывалась, и перемещалась вместе с зелёным лазерным лучом при перемещении лазерного источника.

«Это открытие расширяет наши представления о взаимодействии света и материи и открывает новые возможности для использования света такими способами, о которых мы раньше не задумывались, — говорит Абрахао. — Наше понимание теней развивалось параллельно с нашим пониманием света и оптики. Это новое открытие может оказаться полезным в различных приложениях, таких как оптическое переключение, устройства, в которых свет контролирует присутствие другого света, или технологии, требующие точного контроля передачи света, наприме мощные лазеры».