O teorie veche de 180 de ani despre lumină tocmai a fost infirmată

O echipă de oameni de știință a descoperit recent o interacțiune neașteptată dintre o undă electromagnetică și propria sa componentă magnetică atunci când trece printr-un material, corectând o presupunere veche de 180 de ani despre lumină, conform căreia doar componenta electrică a luminii era implicată în acest proces.

Fenomenul, cunoscut sub numele de efectul Faraday (FE), a fost descris pentru prima dată în 1845 de Michael Faraday și a reprezentat una dintre primele dovezi ale legăturii dintre magnetism și lumina electromagnetică.

• Cum ne-a făcut tehnologia mai singuri, deși suntem mereu online
• Un studiu arată modul surprinzător în care crește părul

FE explică modul în care o rază de lumină care traversează un material transparent este influențată atunci când materialul este supus unui câmp magnetic. Consecința directă este modificarea direcției de polarizare a luminii.

Simplificat, lumina poate fi polarizată sau nepolarizată. În starea nepolarizată, oscilațiile sale electromagnetice se manifestă în direcții variate, perpendiculare pe direcția de propagare. În lumina polarizată, aceste oscilații sunt ordonate într-o singură direcție, ca atunci când netezești firele unui pulover scămoșat, explică ScienceAlert.

O presupunere veche de 180 de ani despre lumină a fost infirmată. Ce s-a descoperit?

Mult timp, s-a crezut că modificarea polarizării luminii în cadrul efectului Faraday i se datorează exclusiv interacțiunii dintre componenta electrică a luminii și magnetismul materialului plus câmpul magnetic extern.

Anul trecut însă, un grup de cercetători de la Universitatea Ebraică din Ierusalim a demonstrat experimental influența subtilă a componentei magnetice într-un fenomen opus FE, în care polarizarea luminii induce un moment magnetic într-un material.

În noul studiu, echipa a combinat datele experimentale cu calcule complexe bazate pe ecuația Landau-Lifshitz-Gilbert, ce descrie dinamica magnetismului în solide, pentru a afla dacă aceeași interacțiune subtilă se manifestă și în efectul Faraday propriu-zis.

Cercetătorii au folosit modele fizice ale cristalului Terbiu-Galliu-Granat, un material magnetizabil folosit frecvent în telecomunicații și în tehnologiile cu fibră optică.

Conform calculelor, componenta magnetică a luminii contribuie cu aproximativ 17% la efectul Faraday în spectrul vizibil și cu 70% în infraroșu, procentaje departe de a fi neglijabile, în contradicție cu presupunerile anterioare.

O presupunere veche de 180 de ani despre lumină tocmai a fost infirmată. Rezultatul arată că FE este influențat direct de câmpul magnetic oscilant al luminii, nu doar de componenta sa electrică.

Descoperirea ar putea ajuta tehnologia cuantică

„Lumina nu doar iluminează materia, o influențează magnetic. Câmpul magnetic static ‘răsucește’ lumina, iar lumina, la rândul ei, dezvăluie proprietățile magnetice ale materialului. Ceea ce am descoperit este că partea magnetică a luminii are un efect de ordinul întâi, surprinzător de activă”, explică fizicianul Amir Capua.

Această interacțiune nu se produce asupra sarcinii electronului, ci asupra spinului său, o caracteristică prezentă în fiecare electron din materie.

Capua a descris fenomenul astfel: electronul poate fi imaginat ca o „mică sarcină care se rotește în jurul axei sale”. Pentru a-i modifica direcția spinului, câmpul magnetic care interacționează cu el trebuie și el să „se rotească”, adică să fie circular polarizat. Astfel, după cum adaugă el, „câmpul electric exercită o forță liniară asupra sarcinii, în timp ce un câmp magnetic circular polarizat exercită un cuplu asupra spinului electronului”.

Identificarea acestei interacțiuni poate permite un control mai precis asupra luminii și materiei, cu posibile aplicații în senzori, sisteme de memorie și tehnologie cuantică, în special în controlarea qubiților bazată pe spin.

În plus, domeniul spintronicii, care folosește spinul electronilor pentru stocarea și procesarea informației, ar putea avea beneficii directe. „Ceea ce sugerează această descoperire este că informația magnetică ar putea fi controlată direct cu lumina”, afirmă inginerul Benjamin Assouline.

Studiul mai are o implicație fascinantă: amintește că și fenomenele aparent bine înțelese pot ascunde surprize fundamentale. Cercetătorii pot descoperi oricând proprietăți încă necunoscute ale luminii sau ale electromagnetismului.

Cercetarea a fost publicată în Scientific Reports.

Vă recomandăm să citiți și:

Mister vechi de un secol al razelor cosmice, aproape de a fi rezolvat

Noi observații schimbă tot ce știam despre găurile negre

Experimentul Cavendish: În 1797, un om a cântărit Pământul folosind două mici sfere de metal

Pentru prima dată, NASA a înregistrat un fulger pe Marte