Μία υπόθεση 180 ετών για το φως μόλις αποδείχθηκε λανθασμένη

Γνωστό ως το φαινόμενο Faraday (FE), περιγράφηκε για πρώτη φορά το 1845 από τον Michael Faraday, παρέχοντας μερικές από τις πρώτες ενδείξεις αλληλεπίδρασης μεταξύ μαγνητισμού και κυμάτων φωτός.

Περιγράφει πώς μια δέσμη φωτός που διέρχεται από ένα διαφανές υλικό επηρεάζεται όταν αυτό το υλικό υποβάλλεται σε μαγνητικό πεδίο. Συγκεκριμένα, αυτό αλλάζει την κατεύθυνση της πόλωσης αυτής της δέσμης φωτός.

Όταν το φως δεν είναι πολωμένο, οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις του συμβαίνουν σε διάφορες κατευθύνσεις (κάθετα στο επίπεδο διαδρομής του).

Ωστόσο, όταν το φως είναι πολωμένο, αυτές οι ταλαντώσεις διατάσσονται κατά μήκος μιας μόνο κατεύθυνσης.

Εδώ και καιρό πιστεύεται ότι η επίδραση του φαινομένου Faraday στην πόλωση του φωτός ήταν αποκλειστικά θέμα της ηλεκτρικής συνιστώσας του ηλεκτρομαγνητικού κυματισμού που αλληλεπιδρά με τον μαγνητισμό του υλικού και το πρόσθετο μαγνητικό πεδίο.

Πέρυσι, η ερευνητική ομάδα από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ έδειξε πειραματικά μια λεπτή αλλά σαφή επίδραση της μαγνητικής πλευράς στο αντίθετο του FE, όπου η πόλωση του φωτός δημιουργεί μια μαγνητική ροπή σε ένα υλικό.

Στη νέα τους μελέτη, οι ερευνητές συνδύασαν τα ευρήματα του πειράματός τους με πολύπλοκους υπολογισμούς που βασίζονται στην εξίσωση Landau-Lifshitz-Gilbert, η οποία περιγράφει τη δυναμική του μαγνητισμού σε στερεά υλικά, για να προσδιορίσουν εάν αυτή η ίδια λεπτή αλληλεπίδραση μπορεί επίσης να λειτουργεί στο ίδιο το φαινόμενο Faraday.

Χρησιμοποίησαν φυσικά μοντέλα τερβίου-γαλλίου-γρανάτη, ενός κρυστάλλου που μπορεί να μαγνητιστεί και χρησιμοποιείται συνήθως σε τεχνολογίες οπτικών ινών και τηλεπικοινωνιών, για να βασίσουν τους υπολογισμούς τους.

Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι το μαγνητικό πεδίο του φωτός συνεισφέρει περίπου το 17% του FE στα ορατά μήκη κύματος και το 70% στα υπέρυθρα μήκη κύματος – κάθε άλλο παρά ασήμαντο, όπως είχε υποτεθεί προηγουμένως.

Ως αποτέλεσμα, δείχνουν ότι το FE επηρεάζεται άμεσα από το ταλαντευόμενο μαγνητικό πεδίο του φωτός, και όχι μόνο από το ηλεκτρικό του πεδίο, όπως πίστευαν μέχρι πρότινος.

«Το φως δεν φωτίζει απλώς την ύλη, την επηρεάζει μαγνητικά. Το στατικό μαγνητικό πεδίο «στρίβει» το φως και το φως, με τη σειρά του, αποκαλύπτει τις μαγνητικές ιδιότητες του υλικού», εξηγεί ο φυσικός Amir Capua.

«Αυτό που βρήκαμε είναι ότι το μαγνητικό μέρος του φωτός έχει ένα αποτέλεσμα πρώτης τάξης, είναι εκπληκτικά ενεργό σε αυτή τη διαδικασία».

Ως εκ τούτου, αυτή η έρευνα βρήκε έναν άλλο τρόπο για το μαγνητικό πεδίο του φωτός να αλληλεπιδρά με την ύλη – όχι αλληλεπιδρώντας με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου, αλλά αλληλεπιδρώντας με μια άλλη από τις βασικές πτυχές του, το σπιν του, επειδή κάθε ηλεκτρόνιο σε κάθε κομμάτι ύλης έχει και φορτίο και σπιν.

Η έρευνα δημοσιεύεται στο Scientific Reports.