Лазер оказался способен жонглировать каплями

Подвешенные при помощи лазерного пучка микрометровые глицериновые капли начинают двигаться по орбитам, которые по своей форме напоминают траекторию шаров жонглера. К такому неожиданному открытию пришли физики из Германии и Швеции, которые не только смогли объяснить это явление, но и построили визуальную модель. С ее помощью посмотреть на движение капель можем и мы с вами.

Для подвешивания частиц в воздухе ученые фокусировали пучок лазера мощностью около одного ватта, а чтобы компенсировать силу тяжести, направили пучок вверх. Затем заряженные капли жидкости рассеивали над лазером: они постепенно оседали под действием силы тяжести, после чего часть капель попала в фокус пучка и начинала «левитировать». Отследить траекторию частиц ученым удалось при помощи подсветки установки светодиодом. Наблюдение производилось микроскопом большой дальности.

Затем движение было записано на камеру (частота кадров — 45 000 в секунду), и сейчас это явление можем просмотреть и мы.

Почему происходит такое явление? Когда одна из капель оказывается под другой, она ослабляет интенсивность электромагнитного поля пучка. Сила тяжести начинает действовать на верхнюю каплю, и она стремительно падает вниз. В то же время она отталкивается от центра пучка, из-за разности интенсивности света под нижней каплей и в ее центре. Как только капли оказываются на одинаковой высоте, та, что ближе к центру, начинает подниматься, а вторая, наоборот, притягивается к центру пучка (градиентная сила). Цикл повторяется, и все это начинает выглядеть как жонглирование шарами.

Гипотеза о разгоне небольших частиц светом была высказана еще Иоганном Кеплером, который предположил, что хвосты комет направлены от Солнца из-за того, что их отталкивают лучи звезды. Конечно, практической пользы от такого эксперимента нет, но экспериментировать со светом стоит как минимум по одной причине — чтобы сделать небольшой ускоритель частиц. Кроме того, именно изучение света и частиц позволило моделировать излучение черной дыры.

А вы как думаете, оправдано ли проведение таких экспериментов? Напишите в нашем Telegram-чате.