777
Міжнародна команда фізиків із Великої Британії та Південної Африки виявила, що спеціально сформований світловий промінь може самостійно створювати ділянки з правобічним і лівобічним обертанням під час руху у вільному просторі. Для цього не потрібні складні лінзи, дзеркала чи штучні матеріали: достатньо правильно задати внутрішню геометрію самого променя. Дослідники вважають, що ця властивість може відкрити нові можливості для медичної діагностики, фармацевтики, оптичних сенсорів, високошвидкісного зв’язку та квантових технологій.
Роботу виконали фізики з Університету Східної Англії разом із колегами з Південної Африки. Результати опублікували 13 жовтня 2026 року в журналі Light: Science & Applications. За словами доктора Кейна Форбса, ключове відкриття полягає в тому, що світло може природно розвивати властивість, пов’язану з напрямком обертання, якщо правильно підготувати початковий стан променя.
Промінь починає обертатися вже під час руху
На перший погляд світло здається чимось, що просто рухається вперед. Насправді фізики давно вміють створювати структуровані промені, у яких контролюються форма хвилі, розподіл яскравості, поляризація та інші характеристики. Один із відомих прикладів — оптичний вихор: хвиля, яка закручується навколо напрямку поширення, нагадуючи штопор.
У новому експерименті промінь на старті не мав сумарного обертання потрібного типу. Проте в міру поширення в просторі всередині нього починали формуватися окремі ділянки, які оберталися в різних напрямках. Магістрант Лайт Мхумбуза, який проводив ключовий експеримент, описав це як прояв прихованої властивості: спочатку обертання немає, але з відстанню воно ніби «розкривається» і розділяється на окремі зони.
Ключем стала хіральність
У центрі роботи — поняття хіральності. Так називають властивість об’єкта, який не можна повністю сумістити з його дзеркальним відображенням за допомогою звичайного повороту. Найпростіший приклад — права й ліва руки: вони схожі, але не є взаємозамінними.
Хіральність має велике значення у фармацевтиці, тому що дві дзеркальні форми однієї й тієї самої молекули можуть по-різному взаємодіяти з організмом. Саме через це здатність світла чутливо розрізняти праві й ліві структури може бути корисною для аналізу лікарських сполук, біологічних молекул і потенційних маркерів хвороб.
Світло теж може мати «лівобічні» або «правобічні» характеристики, пов’язані з поляризацією та обертальними властивостями хвилі. Раніше для створення таких режимів часто потрібні були складні оптичні елементи або сильне фокусування. Новий результат показує, що частину потрібної поведінки можна закодувати вже в самій початковій структурі променя.
Топологія стала «відбитком пальця» променя
Щоб пояснити ефект, дослідники звернулися до топології — розділу математики, який описує властивості, що не змінюються під час плавних деформацій. Доктор Айзек Нейп навів класичну аналогію з чашкою та пончиком: обидва об’єкти мають один отвір, тому з точки зору топології їх можна перетворити один на одного без розривання.
У структурованому світлі теж є топологічні характеристики, закодовані в розподілі поляризації. Вони визначають, де й коли з’являться ділянки з різною хіральністю. Змінюючи початкову конфігурацію, фізики можуть керувати тим, як ця властивість проявляється під час поширення променя.
Від медичних тестів до квантових мереж
Дослідники називають кілька можливих напрямів застосування. По-перше, структуроване світло може допомогти створювати більш чутливі методи визначення хіральних молекул у біологічних і фармацевтичних зразках. По-друге, воно може спростити компактні оптичні сенсори, які визначають конкретні речовини без громіздкого лабораторного обладнання.
Ще один напрям — передавання даних. Якщо кодувати інформацію не лише в частоті чи поляризації, а й у просторових та обертальних структурах променя, один оптичний канал зможе переносити більше інформації. Окремо вчені розглядають можливість використання топологічних властивостей для квантового зв’язку й захисту квантової інформації від частини шумів.
Поки що це фундаментальне відкриття, а не готовий медичний прилад або нова мережа зв’язку. Але воно додає фізикам ще один незалежний параметр керування світлом — його внутрішню геометрію.
https://24tv.ua/tech/fiziki-vidkrili-novu-vlastivist-svitla-dlya-meditsini-zvyazku_n3159984
