Światło wydaje się jednym z najlepiej poznanych zjawisk w fizyce. A jednak – po niemal 180 latach – naukowcy właśnie wykazali, że jedno z fundamentalnych założeń dotyczących jego oddziaływania z materią było… niepełne. I to w sposób, który może mieć realne konsekwencje dla nowoczesnych technologii, od telekomunikacji po komputery kwantowe.
Chodzi o efekt Faradaya, klasyczne zjawisko opisane już w 1845 roku przez Michaela Faradaya, jednego z ojców elektromagnetyzmu.
Czym jest efekt Faradaya – w skrócie i bez żargonu
Efekt Faradaya opisuje sytuację, w której światło przechodzące przez przezroczysty materiał zmienia polaryzację pod wpływem pola magnetycznego. To zjawisko jest dziś powszechnie wykorzystywane m.in. w:
- światłowodach,
- izolatorach optycznych,
- laserach,
- systemach telekomunikacyjnych.
Przez niemal dwa stulecia fizycy byli przekonani, że cały ten efekt wynika wyłącznie z oddziaływania elektrycznej składowej fali świetlnej z magnetyzmem materiału.
Magnetyczna część światła? Uznawano ją za pomijalnie słabą.
I właśnie to okazało się błędem.
Co odkryli naukowcy teraz?
Zespół badaczy z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie wykazał, że oscylujące pole magnetyczne samego światła odgrywa istotną rolę w efekcie Faradaya – i to znacznie większą, niż ktokolwiek zakładał.
Łącząc:
- precyzyjne eksperymenty,
- zaawansowane obliczenia numeryczne,
- równania dynamiki magnetyzmu (Landaua–Lifshitza–Gilberta),
naukowcy policzyli, że:
- ok. 17% energii efektu Faradaya w świetle widzialnym
- oraz aż 70% w zakresie podczerwieni
pochodzi bezpośrednio z magnetycznej składowej światła, a nie tylko z elektrycznej.
To nie drobna poprawka. To zmiana paradygmatu.
Dlaczego wcześniej tego nie widzieliśmy?
Pole magnetyczne światła jest słabsze od pola elektrycznego – to prawda. Ale jak pokazuje to badanie, nie słabe nie znaczy nieistotne.
Klucz tkwi w spinie elektronu.
Elektrony nie tylko mają ładunek elektryczny, ale też spin – wewnętrzny moment pędu, który zachowuje się jak miniaturowy magnes. Aby wpłynąć na spin, potrzeba pola magnetycznego, które również „wiruje” – czyli jest kołowo spolaryzowane.
I dokładnie to robi światło.
Jak tłumaczy fizyk Amir Capua:
- pole elektryczne „popycha” ładunek,
- pole magnetyczne światła obraca spin elektronu.
To subtelna, ale fundamentalna interakcja, która przez dekady była ukryta w cieniu uproszczonych modeli.
Co to zmienia w praktyce?
Bardzo dużo.
To odkrycie oznacza, że:
- światło może bezpośrednio sterować magnetyzmem materiałów,
- informacja magnetyczna może być kontrolowana optycznie,
- a spin elektronów można modulować bez użycia klasycznych pól magnetycznych.
To ogromna szansa dla:
- spintroniki (technologii opartych na spinie zamiast ładunku),
- pamięci magnetycznych nowej generacji,
- czujników optyczno-magnetycznych,
- komputerów kwantowych, gdzie precyzyjna kontrola spinów jest kluczowa.
Jak podkreśla inżynier Benjamin Assouline:
To odkrycie sugeruje, że informacje magnetyczne można kontrolować bezpośrednio za pomocą światła.
Nauka wciąż potrafi zaskakiwać
Najciekawsze w tej historii jest to, że nie dotyczy egzotycznego, nowego zjawiska. Dotyczy jednego z najbardziej klasycznych efektów w fizyce, opisywanego w podręcznikach od XIX wieku.
A mimo to – dopiero dziś zauważyliśmy, że światło oddziałuje z materią magnetycznie w sposób pierwszego rzędu, a nie marginalny.
To mocne przypomnienie, że:
- nawet „zamknięte” teorie mogą kryć luki,
- nawet dobrze znane zjawiska mogą mieć nieodkryte warstwy,
- nauka nie jest zbiorem dogmatów, lecz procesem ciągłej korekty.
I być może właśnie dlatego wciąż prowadzi do prawdziwych przełomów.
Wyniki tych badań opublikowano w czasopiśmie Scientific Reports .