Перемещение среды влияет на волны
Иногда кажется, что свет «тянется» за движением среды, через которую он проходит. Это явление, известное как «перетаскивание света», обычно незаметно, когда свет проходит через большинство доступных материалов, поскольку их движение значительно медленнее скорости света. До сих пор его было трудно наблюдать в экспериментальных условиях.
Наблюдение за вращением изображения в плазме
Исследователи из Университета Тулузы, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), Университета Париж-Сакле и Принстонского университета недавно наблюдали специфический тип перетаскивания света, известный как вращение изображения, в системе на основе плазмы.
Их наблюдение, описанное в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, было сделано с использованием магнитогидродинамических (МГД) волн, которые распространяются в намагниченной плазме, известных как альфвеновские волны.
Уникальные свойства плазмы
Идея о том, что движение среды может влиять на проходящие через неё волны, известна с начала 1800-х годов. Однако из-за масштаба этих эффектов их наблюдение было в основном ограничено экзотическими средами, где свет искусственно замедляется.
Рено Героль, первый автор статьи, рассказал Phys.org: «Мы поняли, что плазма может поддерживать медленные волны, одновременно демонстрируя быстрое вращение, что открывает новые возможности».
Плазма — это, по сути, ионизированный газ, состоящий из свободных электронов и ионов. Благодаря своим уникальным свойствам и быстрому движению плазмы являются идеальными экспериментальными платформами для изучения фундаментальных физических явлений и волновой динамики, включая, как продемонстрировала команда, вращение изображения.
«Вращение изображения соответствует вращению поперечной структуры волны из-за вращения среды», — объяснил Героль.
Используя недавно продемонстрированные возможности управления вращением плазмы в большом плазменном устройстве в UCLA, им удалось показать, что они могут действительно поворачивать волновой рисунок влево и вправо на несколько десятков градусов, контролируя вращение плазмы.
Результаты исследования
Для наблюдения вращения изображения в плазме Героль и его коллеги использовали естественно низкую скорость, с которой распространяются альфвеновские волны. Они специально использовали систему, в которой альфвеновские волны запускаются в плазме, вращение которой можно контролировать с помощью электрически заряженных электродов, контактирующих с плазмой.
Их усилия привели к наблюдению вращения изображения. Другими словами, они обнаружили, что поперечная структура альфвеновских волн, по-видимому, искривлялась.
Интересно, что они также обнаружили, что эти эффекты удивительно соответствовали тем, которые предсказывались теориями, объясняющими перетаскивание света в изотропных системах — средах, гораздо более простых, чем плазма, которые демонстрируют те же свойства независимо от направления, с которого они наблюдаются. Это демонстрирует более широкую обоснованность этих результатов.
«Эти результаты примечательны тем, что, насколько нам известно, это первый случай, когда большое вращение изображения наблюдается в среде в естественных условиях», — сказал Героль.
«Это также важно тем, что альфвеновские волны, специально изученные в этой работе, повсеместно распространены в природе, что позволяет предположить, что этот эффект может проявляться в различных средах, особенно в астрофизике», — добавил он.
Это недавнее исследование может вскоре проложить путь для дальнейших наблюдений за вращением изображений и другими эффектами перетаскивания света в плазме. В будущем эти эффекты могут также послужить основой для новых технологий, включая технологии дистанционного зондирования вращения, которые можно использовать для изучения астрофизических явлений или для усовершенствования термоядерных реакторов на основе плазмы.
«Это лишь одно из многих проявлений воздействия движения на волны, и остаётся много аспектов этих эффектов, которые мы хотим изучить, чтобы лучше понять, где это может иметь значение, будь то в лабораторных экспериментах, таких как термоядерный синтез с магнитным удержанием, или в астрофизике», — добавил Героль.