ஒளியியல் ஸ்டெர்ன்-கெர்லாக் விலகல் மற்றும் யங்கின் சோதனையில் நிகழ்வது யாது?

விஞ்ஞானிகள், முதன்முறையாக, யங்கின் ஃபோட்டான்களுக்கான பரஸ்பர இடைவெளியில் பரிசோதனையை நிரூபித்துள்ளனர். தொடர்ச்சியான ஸ்பின் ஹெலிக்ஸ் மற்றும் ஸ்டெர்ன்-கெர்லாக் பரிசோதனையுடன் தொடர்புடைய சுழல் வடிவங்கள் ஒளியியல் அனிசோட்ரோபிக் திரவ படிக நுண்குழியில் உணரப்படுகின்றன. நுண்குழியின் குறுக்கே மின்சார மின்னழுத்தத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், உள்ளே இருக்கும் திரவ படிக மூலக்கூறுகளை சுழற்ற முடியும், இதனால் குழி வழியாக செல்லும் ஒளி அதன் உள் நிலையை வலது மற்றும் இடது கை வட்ட துருவப்படுத்தப்பட்ட கூறுகளாக மாற்றும்.

ஏறக்குறைய 220 ஆண்டுகளுக்கு முன்பு யங்கின் சோதனையானது, ஒளி அலைகள் ஒரு தட்டில் இரண்டு பிளவுகள் வழியாகச் செல்லும்போது அவை மாறுபாட்டிற்கு உட்படுகின்றன, இது பல விளிம்புகளைக் கொண்ட ஒரு படத்தை உருவாக்குகிறது (குறுக்கீடு படம் என்று அழைக்கப்படுகிறது). பிளவுகள் ஒன்றுக்கொன்று நெருக்கமாக இருப்பதால், குறுக்கீடு விளிம்புகள் பிரிக்கப்படுகின்றன. இந்த வழியில், இரண்டு பிளவுகள் ஒளியைப் பற்றிய தகவலை நிலை இடத்திலிருந்து “பரஸ்பர இடைவெளி” என்று அழைக்கப்படும்-திசைகளின் இடைவெளியாக மாற்றும். பிளவுகளுக்கு இடையே உள்ள தூரத்தை மாற்றுவது, ஒளி விலகும் கோணத்தை (திசையை) மாற்றுகிறது. 1801 முதல், யங்கின் சோதனையானது ஒளியில் மட்டுமல்ல, எலக்ட்ரான்கள், அணுக்கள் மற்றும் பெரிய மூலக்கூறுகளிலும் கூட மேற்கொள்ளப்பட்டது.

இரு திசைகளில் உமிழப்படும் ஒளிக்கற்றைகள் நிலை இடத்தில் ஒரு குறிப்பிட்ட கால வடிவத்திற்கு வழிவகுக்கும் வகையில், இதேபோன்ற பரிசோதனையை பரஸ்பர இடைவெளியில் செய்ய முடியும் என்று மாறிவிடும்.

இயற்பியல் மறுஆய்வு கடிதங்களில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு கட்டுரையில், வார்சா பல்கலைக்கழகத்தின் விஞ்ஞானிகள், வார்சாவில் உள்ள இராணுவ தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகம், இயற்பியல் போலந்து அகாடமி ஆஃப் சயின்ஸ் மற்றும் சவுத்தாம்ப்டன் பல்கலைக்கழகம் ஆகியவற்றின் விஞ்ஞானிகள் பரஸ்பர இடைவெளியில் ஃபோட்டான்களுக்கான யங்கின் பரிசோதனையை நிரூபித்துள்ளனர். இந்த நோக்கத்திற்காக, ஒரு திரவ படிகத்தால் நிரப்பப்பட்ட ஒரு சிறப்பு ஒளியியல் மைக்ரோ கேவிட்டி தயாரிக்கப்பட்டது. மைக்ரோ கேவிட்டி இரண்டு சரியான கண்ணாடிகளைக் கொண்டுள்ளது, அவை ஒன்றுக்கொன்று மிக நெருக்கமாக அமைந்துள்ளன, அதன் உள்ளே ஒரு மின்காந்த அலை உருவாகிறது. நுண்குழியின் குறுக்கே மின்சார மின்னழுத்தத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், உள்ளே இருக்கும் திரவ படிக மூலக்கூறுகளை சுழற்ற முடியும். இதனால் குழி வழியாக செல்லும் நேரியல் துருவப்படுத்தப்பட்ட விமான அலை ஒளி அதன் உள் நிலையை வலது மற்றும் இடது கை வட்ட துருவப்படுத்தப்பட்ட கூறுகளாக மாற்ற வேண்டிய கட்டாயம் ஏற்பட்டது.

இது யங்கின் பரிசோதனையின் சூழ்நிலையைப் போலவே இருந்தது – இருப்பினும், பிளவுகளின் பங்கு “பரஸ்பர இடைவெளியில்” ஒளியின் இரண்டு தனித்துவமான திசைகளால் பயன்படுத்தப்பட்டது. மாதிரி மேற்பரப்பில்-அதாவது, “நிலை இடத்தில்” ஒளி துருவமுனைப்பின் குறுக்கீடு முறை காணப்பட்டது, இது நேரியல் துருவப்படுத்தப்பட்ட கோடுகளால் ஆனது. முன்னதாக, எலக்ட்ரான்களுக்கும் இதேபோன்ற நிகழ்வு காணப்பட்டது – நிலை இடத்தில் எலக்ட்ரான்களின் சுழல்களின் துருவமுனைப்பு பண்பேற்றம் நிலையான சுழல் ஹெலிக்ஸ் என்று அழைக்கப்படுவதற்கு வழிவகுத்தது. எலக்ட்ரான் ஸ்பின் மற்றும் ஒளியின் துருவமுனைப்பு போன்ற ஒரு ஹெலிக்ஸின் அதே கணித விளக்கத்திற்கு திரவ படிக மைக்ரோ கேவிட்டி வழிவகுத்தது. விஞ்ஞானிகள் இந்த நிகழ்வை இரண்டு டிகிரி சுதந்திரத்தின் உன்னதமான சிக்கலாக விளக்கினர் அதாவது ஒளியின் திசை மற்றும் துருவமுனைப்பு.

ஒரு திரவப் படிகத்துடன் கூடிய ஒளியியல் மைக்ரோ கேவிட்டி, ஒரு வகையில் ஒளியின் “சுழலை” பிரிக்கிறது – வட்ட துருவமுனைப்பு சுழலின் பாத்திரத்தை வகிக்கிறது. கிட்டத்தட்ட 1922 இல் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட ஸ்டெர்ன் மற்றும் கெர்லாக் ஸ்பின் 100 வது ஆண்டு நிறைவைக் கண்டது. இவ்வாறு, ஒரு வேலையில், குவாண்டம் இயக்கவியலின் இரண்டு அடிப்படை சோதனைகளின் ஆப்டிகல் ஒப்புமை காணப்பட்டது. இந்த ஆய்வு இயற்பியல் மறுஆய்வு கடிதங்களில் வெளியிடப்பட்டுள்ளது.

References:

• Król, M., Rechcińska, K., Sigurdsson, H., Oliwa, P., Mazur, R., Morawiak, P., & Szczytko, J. (2021). Realizing Optical Persistent Spin Helix and Stern-Gerlach Deflection in an Anisotropic Liquid Crystal Microcavity. Physical Review Letters, 127(19), 190401.
• Cronin, A. D., Schmiedmayer, J., & Pritchard, D. E. (2009). Optics and interferometry with atoms and molecules. Reviews of Modern Physics, 81(3), 1051.
• McGregor, S. C. (2013). Electron matter optics of the Aharonov-Bohm and Stern-Gerlach effects(Doctoral dissertation, The University of Nebraska-Lincoln).