實驗的藝術渲染圖。圖片來源：華沙大學物理學院

波蘭華沙大學物理學院研究人員將兩束順時針方向扭曲的光束疊加在一起，在疊加后的暗區產生逆時針扭曲。發表在新一期《光學》雜志上的這一發現，對光－物質相互作用的研究具有重要意義，并代表著朝著觀察到一種被稱為量子回流的特殊現象邁出了一步。

當你向前扔網球時，如果沒有碰到障礙物，它不會突然改變方向，像回旋鏢一樣回到你身邊。因為在經典力學中，物體只有一個已知的位置。然而，在量子力學和光學中，一個物體可處于疊加態，這意味著一個給定的粒子可同時處于兩個或更多的位置。粒子的行為可能與網球完全相反，在某些時間段，它們可能有向后移動或反向旋轉的可能性。物理學家稱這種現象為回流。

最新研究中將兩束順時針方向扭曲的光疊加在一起，并在局部觀察到逆時針扭曲。為了觀察這一現象，研究人員使用了夏克-哈特曼波前傳感器，該系統提供了高靈敏度的二維空間測量。他們研究了只帶有負軌道角動量的兩束光束的疊加，并在干涉圖案的暗區觀察到了局部正軌道角動量，這就是“方位回流”。

值得一提的是，攜帶軌道角動量的具有方位相位依賴性的光束在許多領域均有應用，比如光學顯微鏡或光鑷。光鑷目前被用來研究細胞膜或DNA鏈的力學性能，以及健康細胞和癌細胞之間的相互作用等。

研究人員表示，他們目前的演示可被解釋為同相超振蕩。他們提出的回流是相位快速變化的表現，這對于涉及光與物質相互作用的應用（例如光捕獲或設計超精密原子鐘）非常重要。除此之外，這是在觀察二維量子回流方向上邁出的一步。