Международная команда ученых провела блестящий эксперимент. В нем реализован классический ньютоновский опыт с жидкостью во вращающемся ведре, где в качестве жидкости выступает так называемый «жидкий свет». Если говорить об обычных жидкостях, то вращение ведра обеспечивает появление воронки, аналогичной той, что образуется при сливе воды с раковины. Если же для эксперимента использовать сверхтекучие жидкости или атомные бозе-эйнштейновские конденсаты, то появляются несколько вихрей на квантовом уровне. Увеличение частоты вращения приводит к образованию большего числа вихрей.
Ученые трех научных центров, Сколтеха, Саутгемптонского и Исландского университетов, поставили перед собой цель поставить подобный опыт на поляритонном конденсате, который еще называют «жидким светом». Чтобы получить его, требуется сверхнизкая температура и установка прочных связей между светом и веществом. А в качестве «ведра» они использовали стенки лазерного луча. Как только «ведро» начинает вращаться, в его центре появляется квантовый вихрь. Явление происходит, если частота вращения превышает некоторое критическое значение. Этот эксперимент был поставлен успешно впервые, что само по себе важное научное достижение.
Ранее на пути физиков стояло ограничение. Дело в том, что необходимая скорость вращения «ведра» определяется динамикой поляритонов. Требуется добиться гигагерцовых частот вращения, а возможности лабораторных установок обеспечивают частоты на несколько порядков ниже. Российским ученым пришлось под этот эксперимент разработать и создать уникальную оптическую установку, где это ограничение преодолено. Принцип ее работы основан на биениях двух лучей лазера с небольшой разницей в мощности излучения. Эта методика стала основной во время эксперимента.
Исследователям удалось «раскрутить» жидкий свет до получения вихрей. Они возникают в диапазоне частот от 1 до 4 гГц. При этом направления вращения вихрей совпадают с направлением вращения ведра. Успех этого эксперимента важен не только для подтверждения фундаментальных физических законов, но и может открыть новое направление в науке поляритонике. Достижение позволяет получить полный контроль над структурированным жидким светом. Новый подход к созданию вихрей, возможно, станет ключом для других важных открытий.