A luz viaja a uma velocidade de cerca de 300, 000, 000 metros por segundo como partículas de luz, fótons, ou equivalentemente como ondas de campo eletromagnético. Experimentos liderados por Hrvoje Petek, um R.K. O professor Mellon do Departamento de Física e Astronomia examinou ideias em torno das origens da luz, tirando fotos de luz, parando a luz e usando-a para alterar as propriedades da matéria.

Petek trabalhou com alunos e colaboradores Prof. Chen-Bin (Robin) Huang da National Tsing Hua University em Taiwan, e Atsushi Kubo da Universidade Tsukuba do Japão sobre os experimentos. Suas descobertas foram relatadas no jornal, "Quasipartícula topológica plasmônica nas escalas do nanômetro e do femtossegundo, "que foi publicado na edição de 24 de dezembro da Natureza revista.

Petek agradeceu ao estudante de graduação Yanan Dai por sua visão e trabalho no processo.

“O desfecho da pesquisa, Contudo, é aquele Yanan, que realizou os experimentos e forneceu a modelagem teórica, demonstrou que foi educado muito além do nível de seu professor e podia interpretar incisivamente as propriedades topológicas nanofemto e as interações dos campos ópticos, " ele disse.

A equipe realizou um experimento de microscopia ultrarrápida, onde eles capturaram pulsos de luz verde de 20 fs (2x10 ^-14 s) duração como ondas compostas de flutuação de densidade elétron-luz, conhecido como polaritons de plasmon de superfície, e imaginou sua propagação em uma superfície prateada na velocidade da luz. Mas eles fizeram isso com uma torção para que as ondas de luz se juntassem de dois lados para formar um vórtice de luz onde as ondas de luz parecem circular em torno de um núcleo comum estacionário como um redemoinho de ondas. Eles poderiam gerar um filme de como as ondas de luz se agitam em seu nanômetro (10 ^-9 m) escala de comprimento de onda por geração de imagens de elétrons que dois fótons de luz juntos fazem emitir da superfície.

Reunir todos esses elétrons com um microscópio eletrônico de imagens forma por onde a luz passou, permitindo assim que os pesquisadores tirem seu instantâneo. Claro, se nada for mais rápido que a luz, não se pode tirar seu instantâneo, mas enviando dois pulsos de luz com sua separação de tempo avançada em 10 ^-16 passos s, eles podiam imaginar como as ondas de luz se juntam fazendo com que sua amplitude articular suba e desça em pontos fixos no espaço, formando um vórtice de luz no nano (10 ^-9 m) -femto (10 ^-15 s) escala.

Esses vórtices de luz se formam quando você ilumina o seu ponteiro laser vermelho ou verde em uma superfície áspera e vê um reflexo pontilhado, mas também têm um significado cosmológico. Os campos de vórtice de luz podem causar transições na ordem de fase da mecânica quântica em materiais de estado sólido, de modo que a estrutura material transformada e sua imagem no espelho não podem ser sobrepostas. Em outras palavras, o sentido da rotação do vórtice gera dois materiais que são topologicamente distintos.

Petek disse que essas transições de fase topológica estão na vanguarda da pesquisa em física porque se acredita que sejam responsáveis ​​por alguns aspectos da estrutura do Universo.

"Mesmo as forças da natureza, incluindo a luz, pensa-se que surgiram como transições de quebra de simetria de um campo primordial. Assim, a capacidade de registrar os campos ópticos e vórtices plasmônicos no experimento abre o caminho para realizar estudos de microscopia ultrarrápida de transições de fase iniciadas por luz relacionadas em materiais de matéria condensada em escala de laboratório, " ele disse.