Valon oudot ominaisuudet

Valo, ikivanha tuttu, yllätti tutkijat

Valon voisi kuvitella olevan tutkijoille niin tuttu asia kuin jokin voi ylipäätään olla. Sitä on tutkittu vuosisatojen ajan yhä tarkemmilla mittalaitteilla ja sitä on kaikkialla.

Jo pitkään on tiedetty, että valo on sekä hiukkasia että aaltoliikettä. Myös valolla on impulssimomentti eli pyörimismäärä, joka on kvanttimaailman keskeisen luvun eli Planckin vakion kokonaislukumonikerta. Tai niin luultiin. 

Dublinilaisen Trinity Collegen tutkijat ovat todenneet, että valon impulssimomentti voi olla kuitenkin myös puolet tästä lukuarvosta. Kun impulssimomentti kertoo, miten valonsäde kiertyy oman akselinsa ympäri, uusi havainto kertoo valolla olevan ominaisuuksia, joista ei aiemmin tiedetty.

Mullistavaksi luonnehdittava havainto tehtiin, kun valo muutettiin kiteiden avulla kiemurtavaksi, korkkiruuvimaiseksi säteeksi. Tarkoitus oli kehittää optista tietoliikennettä entistä paremmaksi, mutta kun säteen ominaisuuksia tutkittiin tarkemmin, sen impulssimomentti osoittautui kummalliseksi: Planckin vakion kerroin ei ollutkaan kokonaisluku, vaan puolikas.

Vaikka havainto oli yllättävä, teoreettisesti se oli odotettavissa. 1980-luvulta lähtien teoreettisessa fysiikassa on tullut esiin mahdollisia tilanteita, joissa hiukkasten kvanttiluvut voivat olla jotain muuta kuin yleensä oletetaan, esimerkiksi kokonaislukujen sijasta puolikkaita. Nyt sille saatiin vahvistus hiukkasilta, jotka kuviteltiin tunnettavan erittäin hyvin: fotoneilta.

Tutkimustulos ei ole merkittävä pelkästään perusfysiikan ja kvanttimekaniikan kannalta, vaan sillä saattaa olla tärkeitä käytännön sovelluksia. Uusi valon ominaisuus voi auttaa kehittämään nopeampia ja turvallisempia valokuituyhteyksiä.

Toistaiseksi tutkijat kuitenkin keskittyvät kokeen toistamiseen ja havainnon varmistamiseen. Vasta sen jälkeen – jos kaikki pitää kutinsa – päästään käytännön ongelmien kimppuun.

Tutkimuksesta kerrottiin Science Alert -sivustolla ja se on julkaistu Science Advances -tiedelehdessä.

 


Juttuja samasta aiheesta