Vědci odhalili, jak se světlo tvaruje v prázdném prostoru: Otevírá cestu k revoluci v medicíně a datech

Vědci z University of East Anglia ve Spojeném království a University of the Witwatersrand v Jihoafrické republice učinili převratný objev, který mění dosavadní chápání světla.

Vědci z University of East Anglia ve Spojeném království a University of the Witwatersrand v Jihoafrické republice učinili převratný objev, který mění dosavadní chápání světla. Zjistili, že světlo má skrytou vlastnost, díky níž se může kroutit, otáčet a projevovat takzvané chirální chování – tedy působit jako levá nebo pravá ruka – aniž by k tomu potřebovalo zrcadla, materiály nebo speciální čočky. Tento objev naznačuje, že světlo lze „programovat“ pouhým využitím jeho přirozené geometrie.

Chiralita neboli „rukojetnost“ je klíčovým pojmem ve vědě, zejména v medicíně. Mnoho molekul, včetně těch používaných v lécích, existuje v levotočivých a pravotočivých formách, které vypadají téměř identicky, ale v lidském těle se mohou chovat velmi odlišně. Dosud bylo pro rozlišení těchto forem nutné používat speciální typy světla, které se otáčejí buď po směru, nebo proti směru hodinových ručiček, což vyžadovalo složité inženýrství povrchů, exotické materiály nebo silné zaostřování pomocí čoček. Nový výzkum však ukazuje, že nic z toho není potřeba.

Dr. Kayn Forbes z UEA vysvětluje, že světlo může toto „ruční“ chování přirozeně rozvinout samo, pokud je připraveno správným způsobem. Většina lidí si představuje světlo jako přímočarou dráhu, ale vědci dokážou vytvořit „strukturované světlo“, jehož jas, tvar a směr jsou pečlivě uspořádány. Příkladem je optický vír, světlo, které se při cestě kroutí jako vývrtka a každý jeho závit může nést informaci. Tým zjistil, že pokud je světlo připraveno v pečlivě vyváženém stavu, jeho spin se může přirozeně objevit, jak se pohybuje prázdným prostorem. Tento jev je podle Dr. Isaaca Napeho z Jihoafrické republiky zakořeněn v topologii – matematické disciplíně, která se zaměřuje na vlastnosti, jež zůstávají stejné i při deformaci objektů. Světlo má svůj vlastní „topologický otisk“, který řídí jeho vývoj a umožňuje, aby se spinné chování objevilo.

Důsledky tohoto objevu jsou dalekosáhlé. Nová metoda by mohla vést k jednodušším a citlivějším lékařským a farmaceutickým testům, například při vývoji léků nebo detekci nemocí, kde je klíčové rozlišit levotočivé a pravotočivé molekuly. Dále by mohla umožnit vývoj kompaktních optických senzorů pro rychlou a levnou identifikaci biologických a chemických látek bez potřeby laboratorního vybavení. V oblasti komunikací by se dalo do laserových paprsků vměstnat více informací, což by zvýšilo datovou kapacitu a bezpečnost, včetně budoucích kvantových sítí. Objev také otevírá cestu k pokročilým nástrojům pro biologii a nanotechnologie, umožňujícím pohyb a rotaci drobných částic, buněk nebo molekul pouze pomocí světla, a k robustnějším kvantovým technologiím, kde topologie pomůže chránit citlivé kvantové informace.