Израильские ученые обнаружили "скрытый" порядок в хаотическом броуновском движении

Исследователи из Хайфского Техниона совместно с китайскими коллегами обнаружили "скрытый" порядок в физически хаотичных системах, где частицы совершают случайное броуновское движение.

Команда ученых под руководством профессора Эреза Хасмана открыла новое физическое явление, получившее название "эффект спиновой блокировки" при случайном броуновском движении. Работа опубликована в журнале Nature Materials.

Спин – это квантовое свойство частиц, которое физики образно описывают как "закрученность". У фотонов спин проявляется как направление круговой поляризации: фотон летит, словно штопор, закручиваясь по часовой стрелке или против нее. До сих пор считалось, что броуновское движение – хаотическое перемещение мелких частиц в жидкости – приводит к полностью беспорядочному рассеянию света со случайными спинами фотонов.

Но эксперименты показали обратное. При облучении лазером наночастиц, взвешенных в жидкости при комнатной температуре, фотоны, рассеянные в стороны, демонстрировали согласованный спин – все оказывались "заблокированными" в одном спиновом состоянии. Парадоксально, но этот порядок возникает именно благодаря хаосу, а не вопреки ему. Это так же неожиданно, как если бы толпа случайных прохожих вдруг начала шагать строем.

"Наше открытие прекрасно иллюстрирует важность экспериментальной физики, которая может несколько уточнить теорию, – отмечает профессор Хасман. – Мы показали, что именно самые неупорядоченные системы – и в пространстве, и во времени – содержат ключ к возникновению глубокого порядка".

Как показали ученые, возникновением порядка из хаоса можно управлять, он возникает не всегда, но зависит от размера и материала броуновских частиц. Это открывает возможности для применения найденного эффекта в нанотехнологиях, разработке новых оптических устройств и может внести значительный вклад в науку и технологии.