Обычный фонарик даёт свет, волны которого колеблются во всех направлениях сразу. Но если пропустить свет через специальный фильтр, можно получить луч, колеблющийся строго в одной плоскости — это поляризованный свет. Когда такой луч проходит сквозь биологическую ткань, её внутренняя структура слегка меняет ориентацию колебаний. Раньше эти изменения описывали простыми величинами вроде средней закрученности или потери поляризации. Авторы новой работы пошли дальше и обнаружили, что в некоторых местах ткани свет не просто плавно меняет поляризацию — он образует устойчивые вихри и даже более сложные структуры.
Исследователи взяли тонкие срезы ткани молочной железы — здоровой и поражённой протоковой карциномой — и просветили их поляризованным светом, измеряя, как меняется ориентация колебаний в каждой точке. В здоровой ткани поле поляризации оставалось почти однородным, без особых точек. А в злокачественной ткани возникали точки, вокруг которых поляризация закручивалась в вихрь — такие точки называют поляризационными вихрями. Там, где структура ткани создавала одновременно радиальное и азимутальное изменение свойств, появлялись более сложные образования — похожие на крошечные смерчи структуры, которые в физике называют скирмионами неелевского типа. Каждый такой вихрь или скирмион характеризуется целым числом — топологическим зарядом, который не меняется при небольших деформациях и однозначно говорит о наличии неоднородности.
Такой метод даёт контраст без всяких красителей: здоровая ткань топологически «пуста», а раковая — «заряжена». Это открывает путь к новому типу диагностики, где о болезни судят не по средней яркости или цвету, а по самой геометрии поляризационного поля — по тому, как свет закручивается, проходя сквозь ткань.
Поляризационные скирмионы — близкие родственники магнитных скирмионов, которые рассматривают как кандидатов для сверхплотной записи информации в компьютерах будущего.