Los objetos que giran o giran son comunes, de las tapas de los juguetes, hilanderos inquietos, y patinadores artísticos al agua dando vueltas en un desagüe, tornados, y huracanes.

En física, Hay dos tipos de movimiento de rotación:giro y orbital. El movimiento de la Tierra en nuestro sistema solar lo ilustra; la rotación diaria de 360 ​​grados de la Tierra alrededor de su propio eje es rotación de rotación, mientras que el viaje anual de la Tierra alrededor del sol es la rotación orbital.

La cantidad definida en física para describir tal movimiento es el momento angular (AM). AM es una cantidad conservada:dada una cantidad inicial, se puede dividir y redistribuir entre partículas como átomos y fotones, pero la MA total debe permanecer igual. AM también es un vector:es una cantidad que tiene una dirección, y esta dirección es perpendicular al plano en el que se produce la circulación rotacional.

En el caso de las partículas de luz en los rayos láser (fotones), están presentes estos dos tipos de AM. Los fotones tienen giro pero no roten sobre sus propios ejes; en lugar de, el momento angular de espín (SAM) proviene de la rotación del campo eléctrico del fotón, y SAM solo puede apuntar hacia adelante o hacia atrás con respecto a la dirección del haz.

Los fotones en los rayos láser también pueden tener un momento angular orbital (OAM). El rayo láser más simple en el que los fotones tienen OAM es el rayo de rosquilla:si ilumina un rayo de este tipo en la pared, se verá como una rosquilla brillante o un anillo con un centro oscuro. El vector OAM también apunta hacia adelante o hacia atrás, y el OAM es el mismo para todos los fotones del haz.

En un artículo publicado en la revista Optica , El profesor Howard Milchberg de la Universidad de Maryland y el grupo de investigación demuestran el sorprendente resultado de que los fotones en el vacío pueden tener vectores OAM apuntando hacia los lados, a 90 grados en la dirección de propagación, un resultado literalmente ortogonal a la expectativa de décadas de que los vectores OAM solo podían apuntar hacia adelante o hacia atrás.

El equipo de investigación que además de Milchberg incluye al estudiante de posgrado y autor principal Scott Hancock y a la investigadora postdoctoral Sina Zahedpour, Hicieron esto generando un pulso de rosquilla que denominaron "rosquilla voladora con el borde primero" (su nombre más técnico es vórtice óptico espacio-temporal, o ESTUFA). Aquí, el agujero de la rosquilla está orientado hacia los lados, y debido a que la circulación rotacional ahora ocurre alrededor del anillo, el vector AM apunta en ángulo recto con el plano que contiene el anillo. Para demostrar que este OAM que apunta hacia los lados está asociado con fotones individuales y no solo con la forma general de la rosquilla voladora, el equipo envió el pulso a través de un cristal no lineal para someterse a un proceso llamado generación de segundo armónico, donde dos fotones rojos se convierten en un solo fotón azul con el doble de frecuencia. Esto reduce el número de fotones en un factor de 2, lo que significa que cada fotón azul debería tener el doble de OAM apuntando hacia los lados, que es exactamente lo que mostraron las mediciones del equipo. La AM de la rosquilla voladora o STOV es el efecto compuesto de un enjambre de fotones dando volteretas al unísono.

Existen numerosas aplicaciones potenciales de las STOV. Por ejemplo, la conservación de la MA incorporada por los fotones que saltan mortales puede hacer que los haces STOV sean resistentes a la ruptura por turbulencia atmosférica, con posible aplicación a las comunicaciones ópticas en el espacio libre. Además, porque los fotones STOV deben ocurrir en pulsos de luz, tales pulsos podrían usarse para excitar dinámicamente una amplia gama de materiales o para sondearlos de manera que exploten el OAM y el agujero de rosquilla.

"Los pulsos STOV podrían desempeñar un papel importante en la óptica no lineal, "dice Milchberg, "donde los haces pueden controlar el material en el que se propagan, permitiendo aplicaciones novedosas en el enfoque del haz, direccion, y cambiar ".