驚人發現:光不只沿直線傳播 還可繞中心軸轉動

眾所周知，一束光可測量的特徵之一是角動量。直到現在，人們一直以為所有形式光的角動量是個複雜的普朗克常數(描述量子效應的物理常數)。

最近，來自都柏林聖三一學院物理系的Kyle Ballantine博士和Paul Eastham教授，與來自克蘭的John Donegan教授展示了光的一種新形式，每個光子(可見光的基本微粒)的角動量只是普朗克常數的一半。這種差異雖然小，但卻意義非凡。這些結果近期發表於《科學》雜誌網站。

Paul Eastham教授對這項工作評價道：「我們對探究如何改變光的表現形式的方式和這對人類發展有何幫助很有興趣。研究結果顯示的光的基本性質讓我如此興奮，因為長久以來物理學家一直以為的光的基本性質不是一成不變，而現在表明這是可改變的。

John Donegan教授說：「我的研究致力於納米光子束，是在納米量級上光的表現形式的研究。一束光的特性有光色、波長，還有鮮有人知的角動量。角動量是描述物體轉動量的物理量。對一束光而言，儘管傳播方向為直線，但光依然可繞中心軸轉動。」

CRANN的編輯，Stefano Sanvito教授說：「物理學家一直對光的研究很有興致，這也是物理領域內有證明讓人理解最好的研究領域之一。這項發現對全球物理學家以及其他的科學家來說是種突破。很高興再次看見克蘭和三一物理系共同研究改變我們傳統對光理解的基礎科學。」

在研究期間，該團隊發現了200年前在同一機構得出的相同結果。19世紀30年代，數學家William Rowan Hamilton和物理學家Humphrey Lloyd發現，當一束光通過某一晶體時會變為空心圓柱。團隊利用這種現象將光束會變為一種螺旋狀結構。

利用量子力學分析這些光束，他們猜想光子的角動量是半整數，然後設計了一個實驗區證明他們的猜想。利用一種特殊人工設備，來測量一束光角動量流。他們第一次利用實驗檢測出了導致量子效應的變化流。這項實驗顯示了一個微小的轉變，每個光子的角動量是普朗克常數的一半。

自20世紀80年代，理論物理學家就在猜測自由移動的二維粒子在三維空間內如何受量子力學作用。他們發現這能產生奇怪的新現象，包括量子數為預期分數的微粒。這項研究第一次顯示這些猜想可用光來證明。