Вращение частиц и переворот спинов у них.

Эксперименты по  изменению и перевороту спина фотона

 
В 2001 году появилась работа "Наблюдение динамического обращения топологического заряда оптического вихря" или "Observation of the Dynamical Inversion of the Topological Charge of an Optical Vortex", Physical Review Letters, vol 87, 023902 (Issue 2 - June 2001))

 "Мы сообщаем о экспериментальное наблюдение динамического обращения топологический
заряд оптического вихря при распространении. Происходит Вихрь самотрансформация
через непрерывной деформации, не канонической силы соответствующего винта
дислокация волнового фронта, и опосредовано путем создания краевой дислокации в решающий
точка светового эволюции."

"We report what is believed to be the first detailed experimental observation of the dynamic inversion of the topological charge of an optical vortex under free-space propagation. The vortex self-transformation occurs through continuous deformation of the noncanonical strength of the corresponding screw wave front dislocation, and is mediated by the occurrence of an extremely sharp turn in a Berry vortex trajectory, which observed at a Freund critical foliation appears as an edge-line dislocation orthogonal to the propagation direction, at a crucial point of the light evolution".

 

Исследователям удалось  заснять  картину переворота спина для фотонов.

Они пропускали свет  через цилиндрическую линзу.

После того, как пучок света проходит через линзу, круглая сердцевина луча начинает сплющиваться в вытянутый эллипс, пока не вытягивается в тонкую линию.

А после того, как вихрь проходит через фокус линзы, эта линия снова превращается в эллипс, однако энергия в нем уже циркулирует в противоположном направлении.

Вывод  из этого эксперимента:

 Фотон совершает вращение не только вокруг оси своего движения, но и вокруг оси перпендикулярной оси движения и определяющей плоскость его поляризации. 

 

 

Вращение микросферы размером 4 микрона до 600 миллионов оборотов в минуту 

Неприменимость формул описывающих центробежную силу для микрообъектов показали физики шотландского университета Кишан Долакия (Kishan Dholakia), Майкл Мазилу (Michael Mazilu), Йошихико Арита и группа студентов. Они изготовили сферу из карбоната кальция размером 4 микрона, поместили ее в вакуумную камеру и заставили вращаться под давлением луча лазера.

Благодаря отсутствию силы трения, экспериментаторам удалось довести скорость вращения сферы до 600 миллионов оборотов в минуту. Центробежная сила при этом в 1 миллиард раз превышала силу тяготения на поверхности Земли, но это не разрушило сферу.

То, что центробежная сила не заставила сферу разрушиться, показало, что предельная сила приложенная к единичному атому, или к группе атомов  находятся в зависимости от конкретных условий.

Предел прилагаемых к каждому атому сил определяется энергией фотона движущего этот атом. В данном случае микросфера сбрасывает те фотоны, которые получает из пространства. Их сбрасывают атомы микросферы, но сами атомы микросферы этими фотонами не отрываются от неё.
В отношении частиц материи представление о центробежной силе вообще неадекватно, ведь в частицах вещества, а, тем более, в самих фотонах, фотоны так, как в телах макромира, то есть разрывая их, действовать, вообще не могут.

 

Laser-induced rotation and cooling of a trapped microgyroscope in vacuum,

• Nature Communications 4,Published 28 August 2013

  
  Квантовое состояние подготовки объектов мезоскопических является мощным площадка для выяснения многих физических принципах. Поле полости optomechanics направлена на создание этих "государств" через лазерного охлаждения и минимизации государственного декогеренции. Здесь мы показываем, одновременно оптический захват и вращение двулучепреломляющем микрочастицы в вакууме с использованием круговой поляризации захвата лазерного луча на-microgyroscope. Мы показываем стабильные скорости вращения до 5 МГц. Связь между вращательными и поступательными степенями свободы захваченных microgyroscope приводит к наблюдению позиционной стабилизации в действие охлаждения частицу до 40 К. Мы связываем это охлаждения до взаимодействия гироскопического направленного стабилизации и области оптического захвата.
• 

 

Скорость вращения
Захваченного спиннинг двулучепреломляющий микрочастиц достигнет терминала частоту вращения благодаря увлечения крутящего момента Стокса, в зависимости от размера частиц и вязкости газа. Эффективная вязкость газа, мкЕ испытал сферической микрочастицы могут быть эмпирически оценивается AS20

 где μ0 коэффициент вязкости при Р0 отсчета давления и Кп = ХА / д является число Кнудсена. Вот длину свободного пробега (МФУ) молекул воздуха при давлении Па по отношению к МФУ точки Х0 на P0 опорное давление, и г является диаметр частицы. При уменьшении давления, МФУ окружающих молекул газа становится сравнимой с диаметром частиц, подразумевая Kn≈1. Это знаменует собой переход к режиму, где радиометрические силы незначительны и вязкость становится пропорциональна давлению. Рисунок 2 показывает скорость вращения Frot из запертой частицы в зависимости от давления, измеренного путем наблюдения PSD (фиг. 2) вставка. С начальной скоростью вращения 110 Гц записывается при атмосферном давлении, что повышает к стабильной скорости вращения 5 МГц при давлении 0,1 Па. Снижение давления дополнительно может привести к вращению скоростью до 10 МГц, хотя, при таких темпах , частица теряется за короткий период времени. Заметим, что это представляет, на сегодняшний день, самый большой измеренной скорости вращения для «искусственного» object21. Модель на рис. 2 вычисляется с использованием уравнения (1), что подразумевает зависит от давления Стокса коэффициент сопротивления вращения. Расхождение между модельными и экспериментальными значениями при давлениях ниже 10 Па может быть связано с нестабильностью частиц, вызванного тепла из-за света absorption22, 23, в то время как потери частиц низкого давления может быть связано с большими инерционными силами, с которыми сталкиваются частицы при высокой ротации ставки.

 

 

 

 

Эксперимент по наблюдению трансформации топологии света.

Observation of topological transformations of optical vortices in two-dimensional photonic lattices,

(Наблюдение топологических преобразований оптических вихрей в двумерных фотонных решетках.)

2006 Optical Society of America

Мы прогнозируем, Андерсон локализации света с вложенными винтовые дислокации топологические распространяющихся в
неупорядоченные двумерные массивы полых волноводов освещенных вихревых пучков.

Феномен проявляется в статистическом присутствии топологических дислокаций в ансамбле усредненных.
Выходные распределения сопровождающие стандартные изменения, вызванные локализацией световых пятен.

Примечательно, что  дислокации световых вихрей захватываются световых пятен, несмотря на быстрых и нерегулярных перемещений поперечных
и топологический заряд листать предприняты дислокаций из-за расстройства. статистическая
усредненного модуля вывода местного топологического заряда зависит от начального вихря переносимого
луча.

Мы считаем, что линейно поляризованный свет лучи, распространяющиеся вдоль оси х  неупорядоченного массива
параллельных кольцевых, пустотных волноводов. В рамках приближения приосевой волны, что
описывает распространение монохроматических световых пучков с шириной d  в средах с мелкой
преломления модуляции, эволюция безразмерной амплитуды светового поля является д
определяется уравнением Шредингера (вывод см, например, [33,34]).

[/q_{ O} /]

Anderson localization of light with topological dislocations, 2013

Явление локализации электронных волновых функций в присутствии статического неупорядоченного
потенциал, в настоящее время известен как локализации Андерсона, было предсказано в физике твердого тела по P.
У. Андерсон больше, чем 50 лет назад [1,2]. После открытия такого эффекта стало ясно, что локализация
это общее явление волны, которые могут возникнуть для волн различной физической природы. Андерсон
Локализация была экспериментально наблюдается в различных областях науки [3], в том числе микроволновая печь
[4,5], акустика [6,7], значения волны в конденсатов Бозе-Эйнштейна [8,9], и оптике [10-16].
Особенно важным проявлением эффекта является так называемый поперечный локализации Андерсона
[13], которое происходит, когда волновой пакет остается локализованной в поперечных пространственных осей, но не
вдоль эволюция или распространение координат.

Подводя итог, мы обратились к изучению распространения света в неупорядоченных массивах полых
волноводы с подсветкой лучами, осуществляющих оптические вихри. Т е обнаружили, что локализация Андерсона
из кольцеобразных световых пятен сопровождается динамической, статистическая локализации винта
топологические дислокации вложенные в пятнах. В отличие от простых наивных ожиданий, дислокаций
не исчезают и исчезают в поперечном сечении, как следствие возрастающей расстройства,
Таким образом, получая стандартный Anderson локализации световых пятен с не топологического заряда. Скорее,
топологические дислокации волнового фронта пройти очень сложные поперечные-динамики, в том числе анизотропия, вызванных
зарядки переворот, но в среднем дислокации с топологическим зарядом с модулем
близко к входному значению встречается в Андерсон локализованной месте. Результаты сообщили здесь
актуальны также для других областей физики, где явление локализации Андерсона принимает
место, в том числе эволюции материи волн в неупорядоченных оптических потенциалов.

Топологическая трансформация в пределах участка вихря света в неподвижной решетке (индуцированные обычный поляризованных решетки волны). Верхний ряд - распределение интенсивности; нижний ряд - фаза интерферограмм. (а) ввода вихрь в решетке; (б) линейная дифракция; (с) нелинейный выход с преобразованной структурой фазы. (d), соответствующее численное моделирование, подтверждающие нелинейная фазовое превращение . Стрелки указывают и круги положение вихревых дислокаций. Общий заряд пучка в (С) -1, т.е., это инвертированы относительно начального заряда +1.

 

Мы сообщаем о экспериментальное наблюдение динамического обращения топологического заряда оптического вихря при распространении.

Вихрь самостоятельно превращение происходит через непрерывной деформации неканонического силы соответствующего дислокации волнового фронта винт, и опосредовано путем создания краевой дислокации в решающий момент светового эволюции. PACS номера: 03.40.kf, 03.75.Fi, 42.25.p, 42.65.-к, 67.40.Vs, 67.57.Fg 1 Топологическая деформация #elds находится в центре описания огромного количества различных природных явлений, начиная от космологии , океанографии, химии и биологических наук. Его самая крайняя, но вездесущий проявление происходит, когда #eld так сильно, что сложил он изгибается назад на себя, чтобы сформировать топологическую вывих, или дефект. 1,7 Винтовые дислокации, или вихри, являются распространенным типом дефектов. Кратность складывания вокруг дефекта определяет его топологический заряд.