La luce viaggia a una velocità di circa 300, 000, 000 metri al secondo come particelle di luce, fotoni, o equivalentemente come onde di campo elettromagnetico. Esperimenti condotti da Hrvoje Petek, un R.K. Mellon professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia ha esaminato le idee che circondano le origini della luce, scattare istantanee di luce, fermare la luce e usarla per cambiare le proprietà della materia.

Petek ha lavorato con studenti e collaboratori Prof. Chen-Bin (Robin) Huang della National Tsing Hua University di Taiwan, e Atsushi Kubo della Tsukuba University of Japan sugli esperimenti. I loro risultati sono stati riportati nel documento, "Quasiparticella topologica plasmonica su scala nanometrica e femtoseconda, " che è stato pubblicato nel numero del 24 dicembre di Natura rivista.

Petek ha accreditato lo studente laureato Yanan Dai per la sua lungimiranza e il suo lavoro nel processo.

"L'epilogo della ricerca, però, è quello Yanan, che ha eseguito gli esperimenti e fornito la modellazione teorica, ha dimostrato di essere stato educato ben oltre il livello del suo professore e di saper interpretare in modo incisivo le proprietà nanofemtotopologiche e le interazioni dei campi ottici, " Egli ha detto.

Il team ha eseguito un esperimento di microscopia ultraveloce, dove hanno intrappolato impulsi di luce verde di 20 fs (2x10 ^-14 s) durata come onde di fluttuazione della densità di elettroni e luce composte, noti come polaritoni plasmonici di superficie, e hanno ripreso la loro propagazione su una superficie d'argento alla velocità della luce. Ma lo hanno fatto con una torsione in modo che le onde luminose si unissero da due lati per formare un vortice di luce in cui le onde luminose sembrano circolare attorno a un nucleo comune stazionario come un vortice di onde. Potrebbero generare un film su come le onde luminose si agitano sul loro nanometro (10 ^-9 m) scala della lunghezza d'onda mediante l'imaging degli elettroni che due fotoni di luce che si uniscono provocano l'emissione dalla superficie.

Raccogliendo tutti questi elettroni con un microscopio elettronico si formano immagini dove era passata la luce, consentendo così ai ricercatori di scattare la sua istantanea. Certo, se niente è più veloce della luce, non si può scattare la sua istantanea, ma inviando due impulsi luminosi con la loro distanza temporale avanzata di 10 ^-16 s passi, potrebbero immaginare come le onde luminose si uniscono facendo salire e scendere la loro ampiezza articolare in punti fissi nello spazio formando un vortice di luce sul nano (10 ^-9 m)-femto (10 ^-15 s) scala.

Tali vortici di luce si formano quando si fa brillare il puntatore laser rosso o verde su una superficie ruvida e si vede un riflesso puntiforme, ma hanno anche un significato cosmologico. I campi di vortice di luce possono potenzialmente causare transizioni nell'ordine di fase quantomeccanico nei materiali allo stato solido, tale che la struttura del materiale trasformato e la sua immagine speculare non possono essere sovrapposte. In altre parole, il senso della rotazione del vortice genera due materiali topologicamente distinti.

Petek ha affermato che tali transizioni di fase topologiche sono all'avanguardia della ricerca in fisica perché si ritiene che siano responsabili di alcuni aspetti della struttura dell'Universo.

"Anche le forze della natura inclusa la luce, si pensa che siano emersi come transizioni di rottura della simmetria di un campo primordiale. Così, la capacità di registrare i campi ottici e i vortici plasmonici nell'esperimento apre la strada a studi di microscopia ultraveloci delle relative transizioni di fase avviate dalla luce in materiali di materia condensata su scala di laboratorio, " Egli ha detto.