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Nuovo stato del mondo

29.05.2016

La luce, oltre a propagarsi in una certa direzione, è anche in grado di ruotare attorno ad essa, caratteristica che è caratterizzata da un parametro chiamato momento angolare totale. Come altre caratteristiche quantistiche, il momento angolare è discreto e assume solo determinati valori ammissibili. Finora si credeva che il suo valore, in accordo con la teoria quantistica, dovesse essere un multiplo della costante di Planck h, una costante fisica fondamentale che determina la scala degli effetti quantistici. Ricordiamo che, ad esempio, l'energia di un fotone è uguale al prodotto di questa costante per la frequenza. Di conseguenza, la minima variazione possibile del momento angolare è proporzionale a h.

I fisici del Trinity College (Dublino, Irlanda) hanno scoperto sperimentalmente che con la propagazione bidimensionale della luce in un'installazione appositamente progettata, il suo momento angolare totale può essere un multiplo di h / 2, ovvero la metà del valore. Questa scoperta è importante sia per comprendere la natura e il comportamento della luce, sia per il suo uso pratico. Dopotutto, la molteplicità del momento angolare rispetto al valore h rende il comportamento dei fotoni simile al comportamento delle particelle con spin intero (bosoni), e la proporzionalità h/2 conferisce ai fotoni proprietà "fermioni" (ricordiamo che i fermioni hanno la metà -giro intero). I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista online Science Advances.

Per comprendere l'essenza del fenomeno, possiamo tracciare un'analogia con un corpo che ruota attorno al suo asse. Le opinioni precedenti erano coerenti con il fatto che la velocità di rotazione del corpo poteva cambiare in porzioni con un valore proporzionale a h, ei fisici irlandesi hanno scoperto che la fase di cambiamento poteva essere la metà.

Quella che viene chiamata "rotazione della luce" attorno alla direzione di propagazione è un processo più complesso della rotazione di un corpo attorno a un asse. Ci sono due componenti qui. Il primo è la rotazione del vettore del campo elettrico di un'onda luminosa mentre si propaga nello spazio, che è chiamata polarizzazione circolare della luce e determina lo spin di un fotone. La seconda è la torsione del fronte dell'onda luminosa, caratterizzata dal momento angolare orbitale. Il momento angolare totale di un fotone è la somma degli spin e dei contributi orbitali.

Nel solito caso tridimensionale, tutte queste quantità saranno proporzionali ad h, o, in altre parole, i corrispondenti numeri quantici saranno interi. Se creiamo un sistema bidimensionale per la propagazione della luce, il numero quantico per il momento angolare può diventare un semiintero, che i ricercatori hanno osservato in questo esperimento.

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Entrambi questi dati vengono inviati via radio al centro di spedizione, dove i contenitori vuoti e pieni sono contrassegnati da icone sulla mappa elettronica della città e lo spedizioniere indirizza loro l'auto più vicina.

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