구급차가 삐걱 거리고 갑자기 사이렌이 피치로 떨어집니다. 우리는 이름으로 모르는 경우에도 도플러 효과에 익숙합니다. 이제 과학자들은 소리 또는 빛이 회전하는 물체에서 흩어질 때의 대체 버전의 현상을 발견했습니다. 이 발견은 천문학자가 먼 행성의 회전을 측정하거나 풍력 터빈의 성능을 향상시킬 수 있도록 할 수 있습니다.
도플러 효과가 어떻게 작동하는지는 다음과 같습니다. 시끄러운 물체가 당신을 향해 움직일 때 소리가 뭉쳐져 더 높은 주파수 또는 피치를 생성합니다. 반대로, 물체가 당신에게서 멀어 지자마자, 소리 파가 뻗어 있고 피치가 낮아집니다. 물체가 더 빨라질수록 피치가 더 커집니다.
도플러 효과는 빛뿐만 아니라 소리에도 발생합니다. 예를 들어, 천문학 자들은 빛이 스펙트럼의 낮은 주파수로 "뻗어있는"정도를 측정함으로써 별과 은하가 얼마나 빨리 우리에게서 멀어지고 있는지 정기적으로 결정합니다. 이와 같은 붉은 편이는 1920 년대에 대부분의 별과 은하가 우리에게서 멀어지고 우주가 확장되어야한다고 추론하기 위해 유명하게 사용되었습니다.
적색 편이가 빛나고 사이렌을 통과하는 피치 드롭은 선형 도플러 효과의 예입니다. 그러나 최근 수십 년 동안 과학자들은 도플러 효과가 회전하는 물체의 경우에도 존재한다는 것을 발견했습니다. 1981 년 뉴욕 폴리 테크닉 연구소 (Polytechnic Institute of New York University)의 화학자 브루스가 레츠 (Bruce Garetz)는 회전하는 물체가 원형 편광 조명을 방출하면 그 빛의 주파수가 바뀌는 것으로 나타났습니다. 그 후 1997 년, 바르샤바의 이론 물리학 센터의 물리학 자 Iwo Bialynicki – Birula와 바르샤바의 물리학 연구소의 Zofia Bialynicka – Birula도 회전식 도플러 효과의 변형을 내놓았으며, 소위 OAM (Orbiral Angular Momentum)을 설명했습니다.
빛이 OAM을 가질 때, 전기 및 자기장은 회전하여 빛이 공간을 통해 전파 될 때 위상을 코르크 스크류 같은 비틀기로 회전시킵니다. Iwo와 Zofia Bialynicki – Birula는 회전하는 물체를 방출하는 대상이 OAM과 함께 빛을 흡수 할 것임을 보여 주었다. 결과적으로 OAM을 측정하면 누군가가 물체의 회전을 유추 할 수 있습니다. Science 에 오늘 온라인으로 출판 된 논문에서 그러나 영국 글래스고 대학교 (University of Glasgow)의 물리학 자 마을 Padgett와 Martin Lavery와 글래스고에있는 Strathclyde 대학의 동료들은 한 걸음 더 나아갔습니다.
연구원들은 레이저를 빠르게 회전하는 플라스틱 로터에 비추어 발견했습니다. 그들은 검출기에서 산란 된 빛을 수집하여 양성 (시계 방향으로 회전)과 음성 (반 시계 방향으로 회전) OAM의 두 신호로 필터링했습니다. 로터는 빛의 총 OAM을 변화시키지 않았지만, 포지티브 OAM이 주파수가 높아지고 부정적인 OAM이 주파수가 낮았습니다. 연구원들은이 주파수 분리를 사용하여 로터 회전 속도를 결정했습니다.
대부분의 물체는 빛을 방출하지 않습니다. 그들은 전구 나 태양과 같은 다른 소스에서 우리의 눈을 향해 흩어집니다. 이러한 이유로 Padgett은 음파에서 생성되어야하는 산란 된 빛의 도플러 시프트가 유용한 응용 분야를 찾을 수 있다고 제안합니다. 예를 들어, 천문학 자들은 그것을 사용하여 먼 행성의 회전을 결정할 수 있다고 그는 말했다. 그는 지구상으로 돌아가서 레이저는 풍력 발전 단지를 통해 전류의 회전을 결정할 수 있다고 덧붙였다. "당신이 풍차라면, 당신은 블러 스터의 바람을 미리 알고 싶어서 칼날을 묶을 수 있습니다."
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로스 앤젤레스 남부 캘리포니아 대학의 엔지니어 Alan Willner는 파도에 대한 "기본"발견이 여전히 이루어지고 있다는 사실에 박수를 보냈다. "[Padgett]은 새로 이해 된 빛의 속성에 대해 과학계 전체 에서이 흥분을 불러 일으켰습니다."
