在科学研究方面，我们总能发现一些新的东西，这并不稀奇。但发现新的基本性质就不常见了。最近，西班牙和美国的物理学家发现了光的一种新特性：光的轨道角动量（OAM，也就是扭转度）可以随着时间迅速发生变化。他们将光的这种新属性命名为“自扭矩”。上周，在一篇发表于《科学》期刊的论文中，他们详细描述了光的这一新特性是如何被发现的。我们对光的性质并不陌生，从很久以前，物理学家就熟知许多与光的波长有关的性质。
例如自旋角动量就是光的一种常见性质，这种性质表现在光的偏振性上。到了1992年，科学家发现当激光束穿过贝壳状的透镜时就会发生扭转，从而获得轨道角动量这种特殊性质。具有这种性质的光束被称为涡旋光束，它能使光束的波前以螺旋的形式绕着传播轴扭转，从而使光束的核心强度为零。当把这种激光照射在一个平面上时，会呈现出一个中空的胖胖的环，或者更通俗地说，像个甜甜圈。
在实验中，研究人员向氩气云团发射了两束强烈的红外激光脉冲，这样做能使气体电离。当电离出的电子猛烈地与氩原子相撞时，就会以带有轨道角动量的紫外光的形式释放出多余的能量。紫外光会以单光束的形式从氩气云团的另一边射出，产生涡旋光束。接着，研究小组又突发奇想：如果最初的两束红外激光脉冲有不同的轨道角动量，并且彼此之间存在千万亿分之一秒的不同步，又会发生什么？
结果他们发现，这种甜甜圈形状的光脉冲会以一种奇怪的方式叠加在一起，导致螺旋状的紫外光光束迅速加速扭曲，看起来就像是一个螺旋开瓶器一样，有着逐渐变化的螺旋旋转度。研究人员还发现，光束前部的单个光子绕着中心旋转的速度比光束后部的光子更慢。如果将这束紫外线激光照射在平面上，会发现它从甜甜圈变成了一轮残月。那么具有自扭矩的光有什么应用呢？对此，研究人员还有点茫然。
因为这个性质实在太新、太突然，以至于目前的应用并不明显。但多年前，当科学家第一次发现轨道角动量的光时，也面临过这样的茫然。
而如今，物理学家已经用轨道角动量开发出了一系列的新技术，比如通过向光纤电缆中发送多个拥有不同轨道角动量值的光束，就可大大提升光纤中的数据通道；再比如具有轨道角动量的光束还可被用于制造超强大的显微镜，提高显微镜的分辨率；除此之外，它还能用于移动超级微小的纳米颗粒、量子点甚至活细胞等微观物体。因此，这一全新的属性，为相关领域带来了无限潜能，这让整个领域的研究人员都为之兴奋。