Первые теории и значимые открытия Виталия Гинзбурга и Ильи Франка
Фото: naked-science.ru
Переходное излучение, возникающее при пересечении границы двух сред заряжённой частицей, было впервые описано в трудах Виталия Гинзбурга и Ильи Франка ещё в прошлом веке. Их выдающиеся теоретические идеи впоследствии легли в основу многих исследований в области физики элементарных частиц и электродинамики. Долгое время казалось, что фундаментальные свойства этого явления давно раскрыты, однако наука не стоит на месте — её горизонты постоянно расширяются благодаря новым смелым гипотезам.
Российско-японский альянс: Томский государственный университет, Алматинский филиал МИФИ и SAGA Light Source
В 2019 году группа ученых-теоретиков из Томского государственного университета — Олег Богданов, Пётр Казинский, Пётр Королёв, Георгий Лазаренко — совместно с Тимуром Тухфатуллиным из Алматинского филиала МИФИ вышли за рамки привычного представления о переходном излучении. Они подняли вопрос: возможна ли генерация орбитального углового момента (ОУМ) электронным сгустком, движущимся без спиральной симметрии, то есть прямолинейно? Это казалось весьма необычным, так как ранее считалось, что условия для появления закрученных фотонов — фотонов с ОУМ — могут складываться лишь при наличии выраженной спиральной структуры в источнике света или его окружении.
Однако, согласно разработанной теории, достаточно соблюсти специальное условие когерентности и сузить электронный пучок, чтобы даже в «прямолинейных» условиях появились уникальные закрученные фотоны. Смыслом гипотезы было расширить круг явлений, где фиксируется орбитальный угловой момент света, и стать ближе к тайне его возникновения.
Эксперимент под руководством Юити Такабаяши: технологические прорывы и наука без границ
Для проверки этой теории на практике потребовалось объединить научные усилия и лучшие технические ресурсы. Руководитель команды экспериментаторов Юити Такабаяши (Япония) и его коллеги взяли на вооружение консультации физиков Томского госуниверситета. Подготовка к эксперименту продолжалась два года и завершилась проведением уникальных испытаний в синхротронном центре SAGA Light Source.
В ходе эксперимента на специальную позолоченную мишень был направлен электронный пучок с энергией 220 МэВ. Пространственные параметры пучка тщательно выверяли для достижения необходимой когерентности, чтобы условия максимально отвечали теоретической модели. Переходное излучение, возникающее при этом, анализировали с помощью сложных апертур, что позволило выделить составляющие с орбитальным угловым моментом.
Неожиданные открытия: простота и элегантность природы
Результаты эксперимента оказались впечатляющими и полностью подтвердили предсказания ученых из России и Казахстана. Оказалось, что даже при отсутствии внешней спиральной симметрии излучение демонстрирует свойства, характерные для «закрученного» света: у переходного излучения обнаружился орбитальный угловой момент. По словам профессора Томского государственного университета Петра Казинского, это открытие доказывает, что природа способна удивлять нас в самых привычных явлениях:
— Невероятно, но даже в переходном излучении, которое считалось одним из самых простых, присутствует ОУМ. Это означает, что закрученные фотоны могут спонтанно возникать везде вокруг нас, скажем, когда космические лучи входят в атмосферу. Нас долго учили думать, что для спирали необходим вихрь, а на деле прямолинейность пути – при тщательном взгляде – тоже скрывает спираль.
Потенциал и гармония современной физики
Это исследование ещё раз доказывает: даже в хорошо изученной фундаментальной физике скрыта неисчерпаемая красота. Физика — не только о числах и формулах, но и о гармонии Вселенной, открывающейся через простые явления. Полученные результаты расширяют границы наших знаний о природе света и его взаимодействии с материей. Открытие закрученного фотона в переходном излучении — выдающееся достижение не только для Томского госуниверситета, Алматинского филиала МИФИ и японских коллег, но и для всей мировой научной общественности.
Такие открытия дают вдохновение следующим поколениям ученых и наглядно иллюстрируют взаимосвязь идей, эксперимента и творческого поиска, превращая науку в настоящую поэзию на языке природы.
