Учёные из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре под руководством Дэвида Уэлда впервые напрямую проверили теоретическое предсказание о поведении волн в оптическом резонаторе - паре зеркал, которые удерживают свет. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Оптические резонаторы лежат в основе лазеров, атомных часов и множества точных датчиков. Если расстояние между зеркалами меняется достаточно быстро, некоторые теории предсказывают, что волны внутри начнут собираться в короткие интенсивные импульсы. Однако до сих пор это не удавалось проверить напрямую: для эксперимента с настоящим светом зеркало пришлось бы разгонять до значительной доли скорости света за миллиардные доли секунды, что пока технически невозможно.

Чтобы обойти это ограничение, исследователи заменили свет атомами. При сверхнизких температурах атомы ведут себя как волны. Команда охладила газ из атомов лития почти до абсолютного нуля и поместила его в решётку из лазерного света. Эта решётка заставляла "волны материи" двигаться с почти постоянной скоростью - менее одного метра в секунду.

Атомы удерживались двумя листами лазерного света, игравшими роль невесомых зеркал. Один из листов двигали взад-вперёд примерно 100 раз в секунду. Затем учёные фиксировали распределение атомов во времени и сравнивали результаты с теоретическими предсказаниями.

Уже через несколько циклов движущийся лист света превращал изначально размытое облако в компактный пакет атомов, который следовал по повторяющемуся пути. Пакеты, стартовавшие из разных положений, уходили с неустойчивой траектории и сходились на одной стабильной - то самое однонаправленное движение, которое, по теории, напоминает горизонт событий чёрной дыры или гипотетической "белой дыры".

При удвоении частоты воздействия исследователи получали два сгустка, каждый на своей траектории. Резко сдвигая timing движения листа, они могли менять местами стабильный и нестабильный пути, обращая движение пакетов. Также были замечены тонкие эффекты, выходящие за рамки идеальной картины, связанные с тем, что скорость атомов не так постоянна, как у света.

Авторы надеются, что эффект найдёт применение для сжатия и разжатия оптических сигналов, возможно, в твёрдых материалах с электрически управляемыми оптическими свойствами - без движущихся зеркал. Кроме того, установка может помочь физикам проверять другие фундаментальные предсказания, например о рождении пар световых частиц из пустоты между быстро движущимися зеркалами.

Источник: Phys.org