Forskere finder huller i lyset ved at binde det i knuder

Et forskningssamarbejde med teoretiske fysikere fra University of Bristol og Birmingham har fundet en ny måde at evaluere, hvordan lys flyder gennem rummet - ved at knytte knuder i det.

Laserlys kan synes at være en enkelt, tæt fokuseret stråle. Faktisk, det er et elektromagnetisk felt, vibrerer i en ellipseform på hvert punkt i rummet. Det siges, at dette multidirektionelle lys er 'polariseret'.

Effekten kan ses med polariserede solbriller, som kun tillader en lysretning at trænge ind. Ved at holde dem op mod himlen og rotere dem, seere vil se mørkere og lysere pletter, når lys, der strømmer i forskellige retninger, vises og forsvinder.

Nu, forskere har været i stand til at bruge holografisk teknologi til at sno en polariseret laserstråle i knuder.

Professor Mark Dennis, fra University of Bristol's School of Physics og University of Birmingham's School of Physics and Astronomy, ledet den teoretiske del af forskningen.

Han sagde:"Vi er alle fortrolige med at knytte knuder i håndgribelige stoffer såsom snørebånd eller bånd. En gren af ​​matematik kaldet 'knudeori' kan bruges til at analysere sådanne knuder ved at tælle deres sløjfer og krydsninger.

"Med lys, imidlertid, tingene bliver lidt mere komplekse. Det er ikke bare en enkelt trådlignende stråle, der knyttes, men hele rummet eller 'feltet', hvori det bevæger sig.

"Fra et matematisk synspunkt, det er ikke den knude, der er interessant, det er rummet omkring det. De geometriske og rumlige egenskaber ved feltet er kendt som dets topologi. "

For at analysere topologi af knyttede lysfelter, forskere fra universiteter i Bristol, Birmingham, Ottowa og Rochester brugte polariserede lysstråler til at skabe strukturer kendt som 'polarisering singulariteter'.

Opdaget af professor John Nye i Bristol for over 35 år siden, polarisation singulariteter forekommer på punkter, hvor polariseringselipse er cirkulær, med andre polarisationer viklet rundt om dem. I 3 dimensioner, disse singulariteter forekommer langs linier, i dette tilfælde skabe knuder.

Holdet var i stand til at skabe knuder af meget større kompleksitet end tidligere muligt i lyset og analyserede dem i detaljer.

Professor Dennis tilføjede:"Et af formålene med topologi er at tale om at vise data i form af linjer og overflader. De virkelige overflader har mange flere huller, end matematikken forudsagde."