Velkého úspěchu dosáhlo oddělení Mikrofotoniky z Ústavu přístrojové techniky Akademie věd České republiky v Brně (ÚPT AV ČR), když přispělo k tématu, za které byla před měsícem udělena Nobelova cena za fyziku. Práci brněnských vědců o použití fotonů s vlastní rotací zveřejnil prestižní časopis Nature Communications.
Jako tažný paprsek ze sci-fi filmů. Brněnští vědci jako první využili rotaci fotonů k posouvání tělesa
Každý, kdo někdy hrál tenis nebo fotbal, ví, že rotující míč létá po zcela nečekaných dráhách. Tato rotace kolem vlastní osy se v přírodě i laboratoři projevuje neočekávaným způsobem: koryta řek se stáčí díky rotaci Země, v medicíně například pomáhá rotace jader atomů při magnetické rezonanci odhalit nádory v mozku.
Podobně se mohou chovat i částice světla – fotony. Už mnoho let víme, že světlo působí znatelnou silou na velmi malé předměty (o průměru od desítek nanometrů po desetiny milimetru) a může je uvěznit ve světelné pasti. Tento princip „optické pinzety“ představil a hlavně v biologii úspěšně využil fyzik profesor Arthur Ashkin, který v loňském roce v prosinci, ve svých šestadevadesáti letech, získal polovinu Nobelovy ceny za fyziku.
Pokročilými experimenty se mohou pochlubit i brněnští badatelé v čele s profesorem Pavlem Zemánkem z ÚPT AV ČR, kteří ve svém nejnovějším článku odpověděli na hluboké otázky o šíření světla a otevřeli nové experimentální cesty ke světlem poháněným mikromotorům či k novým citlivějším senzorům.
„Výzkumy ukázaly, že použití fotonů s vlastní rotací – takzvaně kruhově polarizovaného světla, vyústí v dramaticky odlišné chování částic zachycených v optické pinzetě,“ potvrdil nový poznatek profesor Pavel Zemánek.
Je to past!
Ve svém experimentu vědci ve vakuu vytvořili světelnou past. Vznikl v ní mnohem menší odpor prostředí a objekty se mohly pohybovat rychleji. „Od prvních experimentů Arthura Ashkina je známo, že když k zachycení částice používáme fotony bez vlastní rotace, bude částice v pasti držena silněji v okolí světelné pasti, pokud zvýšíme počet fotonů. My jsme však použili fotony s vlastní rotací a zjistili zcela opačné chování. Částice nezůstává ve světelné pasti, ale má tendenci obíhat kolem ní po orbitě, jejíž poloměr se zvětšuje s rostoucím počtem fotonů. Obtížně využitelná vlastní rotace fotonů se tak převádí na cyklický mechanický pohyb částice,“ přiblížil princip profesor Zemánek.
O výzkumném týmu
Za úspěchem oddělení Mikrofotoniky z Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR stojí osmičlenný tým pod vedením profesora Pavla Zemánka, který 6. února 2014 získal Cenu Wernera von Siemense v kategorii Nejvýznamnější výsledek základního výzkumu.
Svůj výzkum a experimentální potvrzení existence světelného tažného svazku zveřejnili brněnští vědci v prestižním časopise z vydavatelství Nature a zprávu poté otiskla také většina významných médií po celém světě. Brněnským vědcům se tak podařilo experimentálně demonstrovat princip, který byl léta používaný pouze v oblasti sci-fi.
