Всеки обект в движеща се течност обикновено се носи по течението, освен ако не изразходва енергия, за да го прави срещу течението. Въпреки че може да е малко контраинтуитивно, светлинните вълни или фотоните работят по подобен начин. За да се движи срещу поток светлина, обект или частица, като фотон, трябва или да има външна сила, действаща върху него, или активно да използва енергия, за да се движи нагоре по течението.
В ново проучване, публикувано в Physical Review A, се демонстрира как светлинен лъч може да "плува" нагоре по течението в квантова течност от светлина, нарушавайки симетрията на действие-реакция и променя начина, по който околните сили влияят на потока.
Нереципрочни взаимодействия и движение нагоре по течението
Материята не е в равновесие, когато активно създава сила, която да се противопостави на движението, подобно на моторна лодка, движеща се нагоре по река. Третият закон за движението на Нютон гласи, че за всяко действие има равно и противоположно противодействие - това е симетрия на действие и противодействие.
Симетрията действие-реакция не се нарушава само защото нещо е извън равновесие, но тази симетрия може да бъде нарушена, когато частиците проявяват нереципрочни взаимодействия. При тези взаимодействия един обект влияе върху друг по различен начин, отколкото другият влияе върху него. При нереципрочните взаимодействия вътрешните взаимодействия могат да бъдат преобразувани в нетен импулс.
Учените предполагат, че тези необичайни взаимодействия биха могли да създадат активно поведение в квантовоподобни системи. Движение нагоре по течението е демонстрирано в предишни експерименти, но механизмът включва отделяне на вихър, което придава нетен импулс на откат нагоре по течението и все още се подчинява на третия закон на Нютон.
Новото изследване е първото, което използва нереципрочни взаимодействия, нарушаващи симетрията действие-реакция.
Плуващ светлинен лъч, задвижван от нереципрочни взаимодействия
Екипът, участвал в новото изследване, комбинира теоретичен анализ на разсейване, компютърни симулации и лабораторни експерименти. Те изпращат два лазерни лъча с синхронизация през нелинеен кристал, като единият представлява флуида, а другият - плувеца. Чрез накланяне на флуидния лъч те успяват да контролират посоката и скоростта на напречния му поток. В своите експерименти тесният лазерен лъч, действащ като плувец, се движи срещуположно на потока на по-широка оптична течност. В обичайната реципрочна схема лъчът вместо това се движие надолу по течението, осигурявайки директно сравнение.
"Плувецът е склонен да променя формата на течността, преминавайки през нея асиметрично, което от своя страна упражнява върху плувеца сила, противоположна на посоката на потока на течността. Такъв нелогичен процес произтича от нереципрочността на взаимните им взаимодействия, което води до обърнат откат в сравнение с този в равновесните системи", пишат авторите на изследването.
Движението нагоре по течението се дължи на асиметричното разпределение на течността, причинено от плувеца. Интензитетът на течността от едната страна на плувeца е по-висок от този от другата страна. Чрез регулиране на скоростите и плътностите на течностите, те също така установяват, че движението нагоре по течението е най-силно при средни скорости и плътности на течностите, а не при най-високите или най-ниските стойности.
Експериментите включват оптичен аналог на квантова течност, а не демонстрация с използване на материални квантови течности, като ултрастудени атоми или течен хелий. Изследването обаче предлага тестова платформа за изучаване на активно поведение при нереципрочни взаимодействия. Бъдещи изследвания биха могли да проверят дали подобни ефекти се появяват и в други квантови платформи, като атомни газове или проектирани квантови материали.
"Това изследване развива фундаменталното разбиране за нереципрочните взаимодействия в квантовия режим, предоставяйки ключови прозрения за проектирането на нови квантови устройства с активни функционалности", пишат авторите на изследването.
Справка: Siyu Li et al, Active upstream motion in a quantum fluid of light arising from nonreciprocal interactions, Physical Review A (2026). DOI: 10.1103/lwyj-7m5f
Източник: Light beam 'swims' upstream through a quantum fluid by violating Newton's third law, Krystal Kasal, Phys.org
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Необикновена космическа експлозия, случваща се веднъж на хилядолетие
Памет на водата или как ни промиват мозъка
Произходът на мартеницата трябва да се търси далече - в Индия и Древна Гърция
Откъде идва "химията" на междуличностните връзки?