Ученые впервые заставили свет отбрасывать тень

В новом открытии, которое бросает вызов основным принципам физики, исследователи показали, что при определенных условиях лазерный луч может блокировать свет и отбрасывать видимую тень. Открытие, сделанное с помощью кристалла рубина и точно настроенных лазеров, демонстрирует эффект, который ранее считался невозможным, поскольку свет обычно проходит сквозь другой свет, не взаимодействуя с ним. Соответствующие исследование было опубликовано в журнале Optica 14 ноября.

«Раньше считалось, что лазерный свет, отбрасывающий тень, невозможен, поскольку свет обычно проходит сквозь другой свет, не взаимодействуя с ним», — объясняет руководитель исследовательской группы Рафаэль А. Абрахао.

Команда использовала рубиновый кристаллический куб, освещенный сбоку синим светом, в то время как зеленый лазер проходил сквозь него. Взаимодействие создавало тень на экране, видимую как темная область, где зеленый лазер блокировал синий свет. Тень обладала всеми характеристиками обычной тени — она была видна невооруженным глазом, повторяла контуры поверхности и двигалась вместе с источником.

Эффект возникает потому, что зеленый лазер изменяет то, как кристалл рубина поглощает синий свет. Когда зеленый лазер проходит через кристалл, он создает область, которая поглощает больше синего света, в результате чего образуется видимая тень с контрастностью около 22 %, что похоже на тень дерева в солнечный день.

Открытие началось с необычного наблюдения. Ученые заметили, что в программах 3D-визуализации лазерные лучи отбрасывают тени, чего, по их мнению, быть не должно. Это вызвало дискуссию, которая привела к разработке эксперимента, чтобы проверить, смогут ли они создать этот эффект в реальности.

«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, такие как мощные лазеры», — отмечает Абрахао.

Команда планирует исследовать другие материалы и длины волн, которые могут вызвать аналогичные эффекты.

Исследование Raphael A. Abrahao, Henri P. N. Morin, Jordan T. R. Pagé, Akbar Safari, Robert W. Boyd, and Jeff S. Lundeen. Shadow of a laser beam. Optica, 2024. https://doi.org/10.1364/OPTICA.534596