Et forskerhold fra universiteterne i Bristol, Glasgow og Southampton har fundet ud af, hvordan man kan slå "knuder" på lysstråle.

De tager udgangspunkt i, at lys i visse tilfælde ikke bevæger sig fuldstændigt retlinet, men som optisk hvirvelstrøm med en skruegangsbevægelse. Når man ser ind på lyset af en sådan optisk hvirvelstrøm fra enden, vil der være et sort hul i midten, hvor lysintensiteten er nul.

Disse sorte linjer langs med lyset er et fænomen, som har været velkendt i mange år. Fænomenet har siden J.F. Nye og Michael V. Berry University of Bristol i 1974 skrev en nu klassisk artikel om emnet været genstand for et forskningsområde, der kendes som 'singulær optik'.

»Lyset omkring os er fyldt med disse mørke linjer, selv om vi ikke kan se dem,« forklarer Mark Dennis fra University of Bristol, der begyndte at arbejde med optiske strømningshvirvler sammen med Michael Berry for ti år siden.

Hologrammet styrer fasen af lyset
Man kan bl.a. bruge hologrammer til at få lyset til gå i skruegang og danne optiske hvirvler. De britiske forskere har nu lavet en afgørende ændring, idet de kan få de mørke linjer i de optiske hvirvelstrømme til at slå knuder på sig selv.

For at komme frem til dette meget overaskende resultat har Dennis slået sig sammen med matematikeren Robert King fra University of Southampton, som er ekspert i knudeteori - en gren af den abstrakte matematik, som er inspireret af knuder på snørebånd og reb. Sammen har de fundet ud af, hvordan hologrammet skal designes, så det manipulerer fasen af indkommende laserlys præcist således, at der opstår knuder på de mørke linjer langs strømningshvirvlerne efter lyset har passeret gennem hologrammet.

Ved hjælp af en særlig algoritme har forskerne desuden øget kontrasten i et hologram og gjort det muligt at iagttage hvirvlerne.

Miles Padgett fra Glasgow University har stået for udførelsen af eksperimenterne, der har bekræftet teorien, der er udviklet af Dennis og King. Han siger:

»Det sofistikerede hologramdesign, som kræves til demonstrationen af knudet lys, viser en avanceret lysstyring, som utvivlsomt kan bruges i kommende lasere.«

Studiet af knudehvirvler i almindelighed går helt tilbage til Lord Kelvin 1867. »Vores arbejde er et nyt kapitel i denne historie,« forklarer Mark Dennis.

Forskningsartiklen blev offentliggjort i en online version hos Nature Physics i går. (se link nedenfor)