Зарегистрирован эффект Доплера у вращающихся тел

Волновой фронт закрученного света
Рисунок: E-karimi / Wikipedia

Физики из Великобритании продемонстрировали эффект Доплера при отражении света от вращающегося объекта. Причем ось вращения может быть параллельна направлению падающих лучей света. Ключевую роль в явлении играет орбитальный угловой момент, или закрученность света. Подробности приведены в журнале Science.

Статья также удостоилась отдельного редакционного комментария, так как Доплера очень широко используется на практике. Изменение частоты излучения (в частном случае света) помогает определять скорости небесных тел, находить экзопланеты, дистанционно измерять направление и скорость потоков в различных прозрачных средах, а замена электромагнитных волн на звуковые дает возможность медикам исследовать ток крови по сосудам. Однако во всех перечисленных случаях нет возможности выявить не прямолинейное движение, а вращение объекта вокруг своей оси, особенно если ось вращения совпадает с направлением на объект со стороны наблюдателя. Исследователи из университетов Глазго и Стретчклейда смогли зафиксировать эффект Доплера с закрученными фотонами.

Физики использовали свет, фотоны которого имеют отличный от нуля орбитальный момент, то есть «закручены». Подобные пучки света научились получать около двадцати лет назад и их важной особенностью является то, что при взаимодействии с веществом они передают ему некоторый вращающий момент. Уже первые эксперименты с таким светом в 1990-х годах показали возможность раскрутить им микроскопические частицы пыли. В новой работе закрученные фотоны направили на вращающийся диск и при отражении от него наблюдался сдвиг частоты, пропорциональный как скорости вращения, так и величине орбитального момента. Сдвиг частоты отраженного света составлял около нескольких килогерц при частоте вращения диска около сотни оборотов в секунду: при этом погрешность измерений составляла всего несколько герц.

Исследователи считают, что измерение частоты вращения при помощи закрученного света найдет применение как для дистанционного обследования различных устройств на Земле, так и для изучения небесных тел. Ранее основной сферой применения закрученного света назывались оптоэлектронные устройства и каналы передачи информации. За счет манипулирования не только интенсивностью или поляризацией, но и орбитальным моментом можно передать больше данных в единицу времени.