實驗的藝術(shù)渲染圖。圖片來源：華沙大學(xué)物理學(xué)院

波蘭華沙大學(xué)物理學(xué)院研究人員將兩束順時針方向扭曲的光束疊加在一起，在疊加后的暗區(qū)產(chǎn)生逆時針扭曲。發(fā)表在新一期《光學(xué)》雜志上的這一發(fā)現(xiàn)，對光－物質(zhì)相互作用的研究具有重要意義，并代表著朝著觀察到一種被稱為量子回流的特殊現(xiàn)象邁出了一步。

當(dāng)你向前扔網(wǎng)球時，如果沒有碰到障礙物，它不會突然改變方向，像回旋鏢一樣回到你身邊。因為在經(jīng)典力學(xué)中，物體只有一個已知的位置。然而，在量子力學(xué)和光學(xué)中，一個物體可處于疊加態(tài)，這意味著一個給定的粒子可同時處于兩個或更多的位置。粒子的行為可能與網(wǎng)球完全相反，在某些時間段，它們可能有向后移動或反向旋轉(zhuǎn)的可能性。物理學(xué)家稱這種現(xiàn)象為回流。

最新研究中將兩束順時針方向扭曲的光疊加在一起，并在局部觀察到逆時針扭曲。為了觀察這一現(xiàn)象，研究人員使用了夏克-哈特曼波前傳感器，該系統(tǒng)提供了高靈敏度的二維空間測量。他們研究了只帶有負(fù)軌道角動量的兩束光束的疊加，并在干涉圖案的暗區(qū)觀察到了局部正軌道角動量，這就是“方位回流”。

值得一提的是，攜帶軌道角動量的具有方位相位依賴性的光束在許多領(lǐng)域均有應(yīng)用，比如光學(xué)顯微鏡或光鑷。光鑷目前被用來研究細(xì)胞膜或DNA鏈的力學(xué)性能，以及健康細(xì)胞和癌細(xì)胞之間的相互作用等。

研究人員表示，他們目前的演示可被解釋為同相超振蕩。他們提出的回流是相位快速變化的表現(xiàn)，這對于涉及光與物質(zhì)相互作用的應(yīng)用（例如光捕獲或設(shè)計超精密原子鐘）非常重要。除此之外，這是在觀察二維量子回流方向上邁出的一步。