Verdrehtes Licht: Physiker haben einen bisher nur theoretisch vorhergesagten Effekt in einem optischen Möbiusband nachgewiesen – einem in sich verdrehten Ring aus Licht. Durch Resonanzeffekte entsteht demnach in einem solchen Möbiusband eine zusätzliche Wellenphase, die sogenannte Berry-Phase, begleitet von einer elliptischen Polarisation des Lichts. Wie das Team herausfand, lassen sich diese Eigenheiten gezielt beeinflussen, was den Effekt für die Quantenoptik nutzbar machen könnte.
Ein Möbiusband entsteht beispielsweise, wenn man die Enden eines Papierstreifens um 180 Grad gegeneinander verdreht und wieder miteinander verbindet. Auf den ersten Blick sieht dieses Band ganz normal aus, doch es besitzt nur eine Oberfläche und eine Kante, die Innenseite geht in die Außenseite über. Diese besondere topologische Eigenschaft macht das Möbiusband zu einem mathematisch und künstlerisch spannenden Objekt, aber auch praktisch anwendbar, beispielsweise als Antriebsriemen, um beide Seiten des Riemens gleichmäßig abzunutzen.
Möbiusband aus Licht
Möbiusbänder lassen sich aber auch aus Licht erzeugen, unter anderem durch spezielle, ringförmige Wellenleiter, deren Umfang genau einem Vielfachen der Lichtwellenlänge entspricht. Es kommt dann zu einer Resonanz, durch die die Phasen und die Polarisationsrichtung des Lichts so verschoben und gedreht werden, dass sie ein Möbiusband bilden. Der Strahl muss dabei zwei volle Umrundungen vollführen, bevor er wieder seine Anfangskonfiguration erreicht.
Doch das ist nicht alles: Typisch für ein photonisches Möbiusband ist auch, dass die optischen Resonanzen des Lichtstrahls bei einer ungeraden Vielfachen der halben Wellenlänge entstehen – also bei einer gebrochenen Zahl statt einer ganzen. Praktisch bedeutet dies, dass das Licht in diesem Wellenleiter eine zusätzliche Phase erhält, die rein topologischen Ursprungs ist. Diese sogenannte Berry-Phase wurde schon 2013 vorausgesagt, aber noch nicht experimentell bewiesen.
