Машина скорой помощи свисты, и внезапно ее сирена заглядывает подаче. Мы все знакомы с эффектом Доплера, даже если мы не знаем это по имени. Теперь, ученые нашли альтернативную версию явления, поскольку, когда звук или свет, рассеивается от вращающегося объекта.
Открытие могло позволить астрономам измерить оборот отдаленной планеты, или даже улучшить производительность ветряных двигателей.Вот то, как эффект Доплера работает: Когда шумный объект перемещается к Вам, его связка звуковых волн, производя более высокую частоту или подачу. С другой стороны, как только объект переезжает от Вас, звуковые волны растягиваются, и подача понижается.
Чем быстрее объект, тем больше изменение подачи.Эффект Доплера происходит для света, а также звука. Например, астрономы обычно определяют, как быстрые звезды и галактики переезжают от нас путем измерения степени, до которой их свет «протянут» в более низкую частоту, красную часть спектра.
Красные смещения как это классно использовались в 1920-х, чтобы вывести, что большинство звезд и галактик переезжают от нас и что вселенная должна расширяться.Красные смещения в свете и снижение подачи мимолетных сирен, являются оба примерами линейного эффекта Доплера. В последние десятилетия, однако, ученые обнаружили, что эффект Доплера также существует для вращающихся объектов.
В 1981 химик Брюс Гэрец в Политехническом институте Нью-Йоркского университета показал что, если вращающийся объект излучает циркулярный поляризованный свет, что частота света перемещена. Тогда в 1997 физики Иво Bialynicki–Birula в Центре Теоретической Физики в Варшаве и Zofia Bialynicka–Birula в Институте Физики, также в Варшаве, придумали вариант вращательного эффекта Доплера, эксплуатируя так называемый орбитальный угловой момент (OAM) света.
Когда свет имеет OAM, его электрические и магнитные поля вращаются, чтобы дать его фазе подобный штопору поворот, поскольку свет размножается через пространство. Иво и Zofia Bialynicki–Birula показали, что вращающийся свет излучающего объекта наполнит тот свет OAM; в результате измерение OAM позволило бы кому-то вывести оборот объекта.
В работе, опубликованной онлайн сегодня в Науке, однако, физик Майлз Пэдджетт и Мартин Лэвери в Университете г. Глазго в Соединенном Королевстве и коллегах из университета Стратклайда, также в Глазго, пошли один шаг вперед: демонстрация, что свет получает изменение Doppler в OAM просто путем рассеивания от вращающегося объекта.Исследователи сделали свое открытие путем блистания лазер на быстро вращающийся пластмассовый ротор. Они собрали рассеянный свет в датчике, отфильтровавшем его в два сигнала положительного (вращающегося по часовой стрелке) и отрицательного (вращающегося против часовой стрелки) OAM.
Несмотря на то, что ротор не изменил общий OAM света, он действительно перемещал свой положительный OAM выше в частоте и свой отрицательный OAM ниже в частоте. Исследователи использовали это разделение частоты для определения скорости оборота ротора.
Большинство объектов не излучает свет; они рассеивают его к нашим глазам из других источников, таких как лампочки или солнце. Поэтому Padgett предполагает, что Doppler-изменение рассеянного света — который должен также быть сгенерирован в звуковых волнах — могло найти полезные заявления. Например, астрономы могли использовать его для определения оборота отдаленных планет, говорит он. Назад на Земле, он добавляет, лазеры можно было послать через ветровые электростанции для определения оборота токов воздуха. “Если бы Вы – ветряная мельница, Вы хотели бы знать перед ветреным ветром, таким образом, Вы можете ограничить свои лезвия”.
Инженер Алан Виллнер в университете южной Калифорнии в Лос-Анджелесе приветствует факт, что «фундаментальные» открытия о волнах все еще делаются — особенно с OAM света, самим обнаруженным только приблизительно 20 лет назад “. [Padgett] разжег это волнение всюду по научному сообществу об этой недавно понятой собственности света”? он говорит.