На стене — светлые и темные полосы. Так выглядит свет, который гасит сам себя.
Ещё в XVII веке Христиан Гюйгенс предположил, что свет — это волна. Но только опыты Араго и Френеля в начале XIX века показали: два луча создают такие полосы, лишь если их колебания лежат в одной плоскости. Это открытие помогло понять, что такое поляризация — направление, в котором колеблется волна.
Спустя два столетия физики вернулись к этому опыту, но добавили квантовый взгляд, предложенный Роем Глаубером. Вместо двух обычных лучей они взяли свет двух разных сортов. С одной стороны — когерентный луч, как у лазера, где все фотоны шагают в ногу. С другой — одиночный фотон, закрученный влево или вправо, словно крошечный волчок.
Этот «волчок» — и есть спин фотона, его внутреннее вращение, связанное с круговой поляризацией (той самой, что нужна для 3D-очков). Лучи смешали и измерили получившуюся картину. Для этого использовали точную фотометрию — измерение яркости и поляризации. В отличие от спектроскопии, которая раскладывает свет в радугу, здесь интересовала только поляризация.
Главный сюрприз ждал в простом факте. Оказалось, что полосы зависят от вращения фотона. Левый спин — один узор. Правый — другой.
Так обычный оптический смеситель превратился в детектор квантового вращения. Узнать спин можно без хитрых приборов. Достаточно посмотреть на полоски. В будущем это пригодится в квантовых сетях: там важно быстро определять состояние одиночных фотонов.
Свет распространяется с постоянной скоростью — 300 000 км/с. Быстрее не бывает. Но в этих опытах он проявляет волновой нрав.
Так старый опыт с полосками на стене обрёл новую жизнь. Сегодня он не просто подтверждает волновую природу света, но и служит ключом к квантовым секретам.
Слово «спин» происходит от английского spin — «вращение». Хотя фотон не вращается как маленький шарик, это свойство ведет себя подобно моменту вращения.