Физика света и магнетизма, переписанная спустя почти два столетия

В 1845 году физик Майкл Фарадей предоставил первое прямое доказательство связи электромагнетизма и света. Теперь оказывается, что эта связь даже сильнее, чем предполагал Фарадей.

В своем эксперименте Фарадей пропускал свет через кусок стекла, пропитанный борной кислотой и оксидом свинца и погруженный в магнитное поле. Он обнаружил, что это изменило свет: когда он вышел из стекла, его поляризация изменилась.

Свет — это электромагнитная волна, и за последние 180 лет было широко признано, что этот «эффект Фарадея» демонстрирует, что совместное взаимодействие магнитное полеЭлектрические заряды в стекле и электрическая составляющая света приводят к тому, что световая волна вращается – колеблется в другом направлении, чем до того, как она вошла в материал.

Возможно, это удивительно, но долгое время считалось, что магнитная составляющая света фактически не играет никакой роли в эффекте Фарадея. Амир Капуа и Бенджамин Ассулин в Еврейском университете в Иерусалиме в Израиле теперь показали, что это не всегда так.

«Существует вторая часть света, которая, как мы теперь понимаем, взаимодействует с материалами», — говорит Капуа.

Капуа говорит, что есть две причины, по которым исследователи не развивали идею о том, что магнитная составляющая света играет роль в эффекте Фарадея. Во-первых, магнитные силы внутри таких материалов, как стекло Фарадея, кажутся относительно слабыми по сравнению с электрическими силами. Во-вторых, когда такие материалы, как стекло Фарадея, намагничены (что означает, что квантовые спины их составных частей взаимодействуют с любым магнитным полем, как это делают крошечные магниты), эти спины обычно не синхронизированы с магнитной составляющей световых волн, что предполагает, что они не сильно взаимодействуют.

Но Капуя и Ассулин поняли, что когда магнитная составляющая света поляризована по кругу – по сути, вихревой или штопорный – он может гораздо интенсивнее взаимодействовать с магнитными спинами в стекле. Они пришли к выводу, что это происходит даже без каких-либо особых усилий по манипулированию светом, поскольку его магнитная составляющая всегда состоит из нескольких спиральных волн.

Расчеты двух исследователей показали, что если эксперимент Фарадея повторить с магнитным материалом под названием тербий-галлиевый гранат (TGG) вместо стекла, это магнитное взаимодействие может фактически составлять 17 процентов результирующего эффекта Фарадея, когда видимый свет проходит через материал. Если вместо этого инфракрасный свет пропускать через материал TGG, магнитное взаимодействие будет составлять до 70 процентов результирующего эффекта Фарадея.

Игорь Рожанский из Манчестерского университета, Великобритания, говорит, что новые расчеты убедительны и указывают на правдоподобные экспериментальные испытания в будущем. По словам Рожански, магнитный компонент эффекта Фарадея, которым до сих пор пренебрегали, может предоставить исследователям новый способ манипулировать спинами внутри материалов. Он добавляет, что остается открытым вопрос, может ли этот эффект на самом деле быть сильнее традиционного эффекта Фарадея в некоторых материалах.

Будущие эксперименты перенесут новые открытия фундаментальной физики в приложения, и Капуа говорит, что он уже может представить, как открытие о том, что магнитные спины в некоторых материалах могут взаимодействовать с магнитным компонентом света, может быть использовано для манипулирования ими. В конечном итоге это может проложить путь к новым типам датчиков на основе вращения и жесткие диски.

Наука эпохи Возрождения: Италия

Познакомьтесь с великими научными умами и открытиями эпохи Возрождения, которые помогли укрепить роль Италии в авангарде научной деятельности – от Брунеллески и Боттичелли до таких эрудитов, как Леонардо да Винчи и Галилео Галилей.

Read more:  Но Мас: два игрока в стартовом составе, Дюк разгромил UNC, 76-61