Світло не таке, як ми думаємо: 180-річна теорія виявилася неправильною

Учені нещодавно виявили взаємодію електромагнітної хвилі з її власною магнітною складовою під час проходження через речовину. Таким чином фізики спростували 180-річну теорію, яка враховувала тільки взаємодію світла з його електричним полем. Результати дослідження кидають виклик традиційному розумінню ефекту Фарадея. Це основоположний принцип електромагнетизму. Дослідження опубліковано в журналі Scientific Reports, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Ефект Фарадея було вперше описано 1845 року Майклом Фарадеєм, і в такий спосіб було отримано одне з перших свідчень взаємодії магнетизму та хвиль світла. Ефект Фарадея описує, як на промінь світла, що проходить через прозорий матеріал, впливає магнітне поле. Зокрема, це призводить до зміни напрямку поляризації променя світла.

Світло може бути не поляризованим або поляризованим. Коли світло не поляризоване, його електромагнітні коливання відбуваються в різних напрямках, перпендикулярних до площини поширення. Але, коли світло поляризоване, ці коливання впорядковані вздовж одного напрямку.

Тривалий час вважали, що вплив ефекту Фарадея на поляризацію світла зумовлений винятково взаємодією електричної складової електромагнітних коливань з магнетизмом матеріалу і додатковим магнітним полем.

Раніше фізики експериментально продемонстрували чіткий вплив магнітної складової на противагу ефекту Фарадея, коли поляризація світла створює магнітний момент у матеріалі.

У новому дослідженні вчені об'єднали результати свого експерименту зі складними розрахунками, що ґрунтуються на рівнянні Ландау-Ліфшица-Гілберта, яке описує динаміку магнетизму в твердих матеріалах, щоб визначити, чи може ця сама взаємодія проявлятися і в самому ефекті Фарадея.

Як основу для своїх розрахунків вони використовували фізичні моделі тербій-галієвого граната — кристала, здатного намагнічуватися.

Розрахунки показали, що магнітне поле світла становить близько 17% ефекту Фарадея у видимому діапазоні довжин хвиль і 70% в інфрачервоному — що далеко не так незначно, як передбачалося раніше.

У результаті фізики показали, що ефект Фарадея безпосередньо залежить від коливного магнітного поля світла, а не тільки від електричного поля світла, як вважалося раніше.

За словами вчених, світло не просто освітлює речовину, воно чинить на неї магнітний вплив. Статичне магнітне поле "закручує" світло, а світло, своєю чергою, розкриває магнітні властивості матеріалу.

Виявлення цієї раніше невідомої взаємодії в ефекті Фарадея може дати вченим можливість точніше керувати світлом і матерією. Це дослідження відкриває нові шляхи для досліджень у галузі оптики, магнетизму, квантових обчислень і зберігання інформації, кажуть фізики.

Як уже писав Фокус, "маленький Ейнштейн" з Бельгії отримав докторський ступінь з квантової фізики. 15-річний Лоран Сімонс став одним із наймолодших у світі докторів наук.