今日のNASA宇宙画像　惑星テラ見聞録

光は、回転すると同様に曲がりくねります

Credit & Copyright: M. J. Padgett, J. Leach (U. Glasgow) et al., Royal Society

写真の説明

　私たちが考えたより、光は複雑です。
　天文学者が、光を測るとき、光は通常その方向、エネルギーと時々回転分極化に関係があります。
　最近、しかし、光子がまた、軌道角運動量（OAM）つまり太陽を軌道に乗って回る地球に類似した古典的にその軸で回ると同様の特質を持っていることが広く理解されました。
　このイラストでは、OAMによる光子の波面が、0（ゼロ）OAM光線の平らな平面と対照的にねじ曲げられることが示されます。
　OAMによる光は、コミュニケーションの情報内容を増やすか、特定の種類の天文学的な源を識別するのに用いられるかもしれません。
　一般のレンズを通り抜けて、OAMのない光は点に焦点が集まるのに、OAMによる光はリングに焦点に集まります。
　宇宙をはね回っている大部分の光は、しかし生み出されたリングを測るにはあまりに狭くて、小さな（またはゼロ）OAMがあると予想されています。
　測定値のために他の有望な方法を考えると、OAMを天文発見のために利用することは、観測の実際性の理論上の可能性と同じくらい多くの問題であるかもしれません。

　今日の宇宙画像は、光そのものについてです。
　光の特質を実験によって確立できそうというようなもののようです。
　正直お手上げです。
　いくつか見て回りましたが、例によって数式のオンパレードで、数学音痴の私の頭の中はガンガン喚いていました。
　かろうじて関連の説明のようなところまでたどり着けはしましたが、まだ(?_?)です。
　でも言えることは、コンピュータにとっても天文学にとっても重要な研究課題であり、応用範囲の広いものであるようです。
　専門家の方にとっては、まったく雑な関連説明になっているかもしれません。
　宇宙画像ページで関連を付け加えているのは、簡略すぎるＮＡＳＡの説明を掘り下げてみようと思ってのことですけれども、範囲が広すぎて今日のようなページになることも･･･。　2003-11-22 t.sasaki

Light Can Twist as Well as Spin

Credit & Copyright: M. J. Padgett, J. Leach (U. Glasgow) et al., Royal Society

Explanation

Light is more complicated than we thought. When astronomers measure light, they are usually concerned with its direction, energy, and spin polarization (sometimes). Recently, however, it has been more broadly realized that photons can also have orbital angular momentum (OAM), an attribute classically analogous to the Earth orbiting the Sun as well as spinning on its axis. Pictured above, the wave-front of a photon with OAM is shown to be twisted, in contrast to the flat plane of zero OAM light. Light with OAM might be used to increase the information content of communication or to discern specific types of astronomical sources. Passing through a common lens, light without OAM focuses to a point, whereas light with OAM focuses to a ring. Most light bouncing around the cosmos, however, is expected to have so little (or zero) OAM that the created ring is too small to measure. Even given other promising methods for measurement, exploiting OAM for astronomical discovery might be as much an issue of observational practicality as theoretical possibility.

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　このサイトの翻訳文は、原文を正確に訳したものではありません。
　ページ作者の解釈による意訳ですから正確を期す方は、原文を参照して下さい。　t.sasaki

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　３Ｄ立体画像の付録です。交差法で立体的に見るには、左右の画像の中間(画像下の真ん中の黒点の上)に両目の焦点を合わせます。いわゆる、寄り目にします。平行法で立体的に見るには、左右のそれぞれの画像の下にある黒点の上の真ん中あたりに視線を持っていきます。このときには、両方の画像が、ぼんやりと見えるように画面をつき抜いてその先に焦点を当てるつもりで見ます。ほとんどを交差法にしています。平行法で見たい方は、画像をコピーして左右の画像を入れ替えてください。２００２年４月３０日ページに立体視の方法について掲載しています。

　光子は、より多くのデータを回転させます。

　長い間、物理学者は光子が軌道角運動量を示すことができるということを知っていました。

　光子の横の構成要素が、同調的でないとき、回転が現れるのに、軌道角運動量は光線の全ての状態前面に影響を及ぼします。

　検証機械の影響は、光学上閉じ込められた見本になって見ることができました。

　回転は、地球の回転に類似したそれ自身のアクセス軸で、閉じ込めたアイテムを回転させて、軌道角運動量は、衛星の軌道に類似した光線の軸周辺で、それらを回転させました。

　分極化が、２つの光子回転状態だけを可能にするけれども、光子は複数の軌道の角運動量状態を示すことができます。そして、一つの光子を多くの詳細な情報でコード化させます。

　理論的には、この特質は、通信とコンピュータ計算の論理に基づく応用のために大きい利益を有する可能性がありました。

　一つの光子が、2つの回転状態を備えていることができるけれども、それは複数の軌道の角運動量数値を含むことができて、それによって詳細な情報をコード化することができます。

　最近まで、確立した発見技術は一度に個々の光子を１つの軌道の角運動量値で検査することができました。

　実験に基づく準備で入力ビームは、100パーセントの理論上の効率で、軌道の角運動量状態で経由します。

　それは、HeNeレーザー光線をマッハ-チェンダー干渉計を使用して２分割して、急降下させたプリズムを各々のアームに差し込みました。

　１つのプリズムは、光線180度回転させるためにその側面に配置しました。軌道角運動量は、hbarに関して測定しました。

　光線が、ビーム・スプリッターで収束する一方で、偶数のhbar数値（すなわち2hbar、4hbar）の光線は、回転する光線及び出口のポートで、推定的に干渉します。

　奇数のhbar数値（すなわち1hbar、3hbar）による光線は、破壊的に干渉して、ビーム・スプリッター立方体のもう一つの側から出ます。

　情報を順次伝える干渉計によって研究者は、さらに光子を再分割することが可能でした。そして、たとえば、4または8の倍数でさらに重要な光子を分類しました。

　出力ポートの数は、実体のある可能性があって、各々のポートで単一の光子探知器が個々の光子の軌道角運動量を測定することができました。

　偶数を分割することが非常に簡単なように、研究者は、奇数のhbarに1つを付け加え偶数にしました。

　次のステップは、準備をより小型にすることであると研究者は、考えています。

　それは、アーム長に対する抵抗力が波長に対して１０の比率になっているので、より小さい装置がプリズムの安定性を改善します。

　研究者は、各々の干渉計が１ブロックのガラスから造ることができると推測したり、あるいは、代わりに、ホログラムが若干の機能にとって代わる可能性があると考えています。

項目	宇宙論他
主題	宇宙論