La luz viaja a una velocidad de aproximadamente 300, 000, 000 metros por segundo como partículas de luz, fotones, o equivalentemente como ondas de campo electromagnético. Experimentos dirigidos por Hrvoje Petek, un R.K. El profesor Mellon del Departamento de Física y Astronomía examinó las ideas que rodean los orígenes de la luz, tomando instantáneas de luz, detener la luz y usarla para cambiar las propiedades de la materia.

Petek trabajó con estudiantes y colaboradores Prof.Chen-Bin (Robin) Huang de la Universidad Nacional Tsing Hua en Taiwán, y Atsushi Kubo de la Universidad Tsukuba de Japón sobre los experimentos. Sus hallazgos se informaron en el periódico, "Cuasipartícula topológica plasmónica en las escalas de nanómetros y femtosegundos, "que se publicó en la edición del 24 de diciembre de Naturaleza revista.

Petek le dio crédito al estudiante graduado Yanan Dai por su previsión y trabajo en el proceso.

"El desenlace de la investigación, sin embargo, es ese Yanan, que realizó los experimentos y proporcionó el modelo teórico, demostró que fue educado mucho más allá de su nivel de profesor y podía interpretar de manera incisiva las propiedades e interacciones de los campos ópticos de nanofemto topológicas, " él dijo.

El equipo realizó un experimento de microscopía ultrarrápida, donde atraparon pulsos de luz verde de 20 fs (2x10 ^-14 s) duración como ondas de fluctuación de densidad de electrones de luz compuestas, conocidos como polaritones de plasmón de superficie, e imaginé su propagación en una superficie plateada a la velocidad de la luz. Pero hicieron esto con un giro para que las ondas de luz se unieran desde dos lados para formar un vórtice de luz donde las ondas de luz parecen circular alrededor de un núcleo común estacionario como un torbellino de ondas. Podrían generar una película de cómo las ondas de luz se agitan en su nanómetro (10 ^-9 m) escala de longitud de onda mediante la obtención de imágenes de electrones que dos fotones de luz que se unen hacen que se emitan desde la superficie.

Al reunir todos esos electrones con un microscopio electrónico se forman imágenes por donde había pasado la luz, permitiendo así a los investigadores tomar su instantánea. Por supuesto, si nada es más rápido que la luz, no se puede tomar su instantánea, pero enviando dos pulsos de luz con su separación de tiempo avanzada en 10 ^-dieciséis s pasos, pudieron imaginar cómo las ondas de luz se unen haciendo que la amplitud de su articulación aumente y disminuya en puntos fijos en el espacio formando un vórtice de luz en el nano (10 ^-9 m) -femto (10 ^-15 s) escala.

Estos vórtices de luz se forman cuando ilumina su puntero láser rojo o verde sobre una superficie rugosa y ve un reflejo moteado, pero también tienen un significado cosmológico. Los campos de vórtice de luz pueden potencialmente causar transiciones en el orden de fase de la mecánica cuántica en materiales de estado sólido, de modo que la estructura material transformada y su imagen especular no se puedan superponer. En otras palabras, el sentido de la rotación del vórtice genera dos materiales que son topológicamente distintos.

Petek dijo que tales transiciones de fase topológica están a la vanguardia de la investigación física porque se cree que son responsables de algunos aspectos de la estructura del Universo.

"Incluso las fuerzas de la naturaleza, incluida la luz, se cree que surgieron como transiciones de ruptura de simetría de un campo primordial. Por lo tanto, la capacidad de registrar los campos ópticos y los vórtices plasmónicos en el experimento abre el camino para realizar estudios de microscopía ultrarrápida de las transiciones de fase relacionadas iniciadas por la luz en materiales de materia condensada a escala de laboratorio, " él dijo.