Достижение итальянских исследователей открывает новые возможности для изучения явлений в сфере нелинейной оптики и понимания основополагающих принципов сложных волновых процессов.
Итальянским физикам впервые удалось создать трехмерный узелковый солитон — высокоустойчивый пакет световых волн. Он способен перемещаться в пространстве и взаимодействовать с подобными структурами, сохраняя свою первоначальную конфигурацию. Группа исследователей под руководством Людовики Диели из Университета Сапиенца в Риме использовала специально изготовленный кристалл, реакция которого на падающий свет контролировалась внешним напряжением.
Солитон представляет собой кратковременную локализованную волну, способную сохранять свою форму практически бесконечно, даже при взаимодействии с другими волнами. Такое явление возможно лишь при выполнении условия интегрируемости — специфического математического понятия, возникающего в системах с множеством сохраняемых величин (энергия, импульс). Эти величины остаются неизменными, что делает систему более устойчивой к разрушительным факторам, таким как турбулентность и искажения.
Ранее подобные интегрируемые солитоны удавалось наблюдать исключительно в одномерных средах, где распространение происходило линейно. Однако еще в 1970-х годах отечественные ученые предложили новый класс солитонов, известных как комковые солитоны, которые способны существовать в трехмерном пространстве. Их существование предсказывалось уравнением Кадомцева—Петвиашвили. Несмотря на привлекательность идеи, подтвердить наличие таких структур на практике оказалось крайне сложно.
Диели и её коллеги решили задачу с помощью уникального материала — кристалла ниобата стронция-бария, чьи фоторефракционные свойства позволяли детально управлять поведением света внутри кристаллической структуры. Под воздействием прикладываемого напряжения ученые могли создавать специфический режим распространения, называемый «фотонной жидкостью». Это состояние позволяет лучу вести себя подобно жидкостям. С помощью точной настройки интенсивности и фазы света команде удалось достичь возникновения устойчивого трехмерного солитонного состояния. Условия эксперимента позволили зафиксировать стабильное сохранение солитона даже при встрече с другим аналогичным объектом, движущимся навстречу.
Таким образом, исследователи смогли воспроизвести на практике принципиально новое явление, долгое время остававшееся в области теории. «Полученный нами узелковый солитон обладает уникальной способностью сохранять свою аналитическую форму, перемещаясь в трехмерном пространстве и сталкиваясь с аналогичными объектами», — поясняет Диели. Она подчеркивает значимость достижения команды для дальнейших экспериментов и изучения свойств нелинейных волн.
Физики также наблюдали необычные проявления квантовой системы. Ученые неоднократно воздействовали на квантовую систему короткими лазерными импульсами, ожидая ее нагрева и перехода в хаотическое состояние. Вместо этого атомы резко прекратили поглощать энергию и зафиксировались в стабильном режиме движения.
Фото: hi-tech.mail.ru