Профессор Томас Зентграф (Thomas Zentgraf), доктор Гуиксин Ли (Guixin Li) и профессор Шуэнг Занг (Shuang Zhang) из Бирмингемского университета (University of Birmingham) впервые в истории науки подтвердили экспериментальным путем существование нелинейного вращательного эффекта Доплера. Это событие произошло спустя почти 50 лет после того, как лауреат Нобелевской премии, голландец Николас Бломберген (Nicolaas Bloembergen) выдвинул теоретические обоснования возможности существования этого эффекта по отношению к свету.
Акустический эффект Доплера можно наблюдать каждый день в повседневной жизни. Он проявляется в виде изменения тональности звука сигнала или сирены автомобиля, двигающегося относительно человека-наблюдателя. Эффект заключается в том, что относительно наблюдателя длина волны звуковых колебаний сжимается, когда автомобиль движется к человеку, или, наоборот, растягивается, когда автомобиль удаляется от человека. Такой же эффект действует и по отношении к свету, по смещениям спектральных линий можно вычислить скорость движения далеких звезд относительно Земли.
В настоящее время эффект Доплера широко используется в различных устройствах и технологиях. При его помощи дорожные камеры измеряют скорость проезжающих мимо автомобилей, на базе этого эффекта работает навигационная система GPS, а при помощи ультразвука производятся измерения скорости движения жидкостей или газов в трубопроводах. Более того, квантовый эффект Доплера играет ключевую роль в некоторых квантовых технологиях, к примеру, в охлаждении до сверхнизких температур атомов вещества при помощи лазерного света.
Помимо обычного, линейного эффекта Доплера существует вращательный эффект, который возникает под воздействием вращательного движения объектов. Это приводит к изменениям длины волны в зависимости от скорости вращения и это может использоваться для измерения скорости вращения объектов различного уровня, от атомов и молекул до объектов астрономических масштабов.
В 1968 году, спустя несколько лет после изобретения лазера, Николас Бломберген выдвинул обоснование нелинейного вращательного эффекта Доплера, который проявляется достаточно сильно при освещении вращающихся объектов светом лазера с высокой интенсивностью. И вот только недавно, спустя почти 50 лет, ученые-физики впервые продемонстрировали в лаборатории этот эффект.
"Из-за малой длины волны света, нелинейные изменения от эффекта очень трудно зарегистрировать даже при помощи высокочувствительного лабораторного оборудования" рассказывает Томас Зентграф, - "Малое влияние эффекта происходит из-за огромной разницы скорости вращения объекта и скорости распространения света. Изменения длины волны света, прошедшей сквозь вращающийся объект, находятся в диапазоне нескольких триллионных долей от длины волны. И даже в лаборатории зарегистрировать такие изменения крайне и крайне тяжело".
Для измерения смещения длины волны света ученые использовали явление интерференции, своего рода состояние квантовой суперпозиции между двумя запутанными фотонами света. Измерение величины интерференции позволило ученым определить изменение длины волны света, вызванное вращательным эффектом Доплера.
Подтверждение существования фундаментального физического эффекта, нелинейного вращательного эффекта Доплера, представляет собой важный шаг в деле проверки некоторых существующих теорий. И одна из таких теорий уже была успешно подтверждена экспериментаторами из университета Падерборна (University of Paderborn). А в будущем нелинейный вращательный эффект Доплера может найти широкое применение в области исследований поведения жидкостей и газов, в исследованиях плазмы и в исследованиях свойств молекул различных веществ.