Физики превысили порог скорости света при помощи импульсов в среде горячей плазмы

Свет и плазма

Фотоны света, перемещающиеся в среде космического вакуума, двигаются со скоростью около 300 тысяч километров в секунду. И именно это значение является фундаментальным верхним пределом скорости в нашей Вселенной. Ничто, никакая материя, энергия или информация не могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Этот закон, ограничивающий скорость перемещения, пока еще ни разу не нарушался и вряд ли будет нарушен в будущем. Но у света имеются некоторые характеристики, благодаря которым при соответствующих условиях свет перестает подчиняться законам фундаментальной физики. Способность управления этими характеристиками не дает и не даст нам в будущем возможности добираться до ближайших звезд быстрее, однако, все это может открыть нам целый ряд совершенно новых лазерных технологий.

Ученые физики уже давно «играют» с изменением скорости распространения света, ускоряя импульсы света или замедляя их до полной неподвижности. Все это делается при помощи различных материалов, таких, как газы из сверхохлажденных атомов, кристаллы с экзотическими оптическими свойствами и даже оптоволокно.

На этот раз ученые из Ливерморской Национальной лаборатории и университета Рочестера использовали в качестве среды распространения света горячую плазму, газ из заряженных частиц. В среде этой плазмы создавались стабильные колебания, на некоторых из участков которых скорость распространения импульсов света замедлялась до одной десятой от обычной скорости света, а на других участках скорость импульсов превышала скорость света в вакууме на 30 процентов.

30-процентное превышение скорости света — это, конечно, звучит впечатляюще. Однако, тех, кто мечтает слетать на выходные куда-нибудь на Проксиму Центавра, ждет большое разочарование — возможности межзвездных путешествий пока все также остаются в подчинении законов и ограничений классической физики.

Скорость движения фотона в вакууме ограничена скоростью взаимодействия магнитных и электрических полей, что называется электромагнетизмом. А импульсы фотонов лазерного света, имеющих одинаковую частоту, фазу и поляризацию, могут быть замедлены или ускорены, как и любые другие электромагнитные волны. Ритмичный взлет и падение групп световых волн, перемещающихся через нелинейный материал, называется термином групповая скорость. И как раз именно эту групповую скорость можно или замедлить, или ускорить в зависимости от электромагнитных характеристик окружающей среды.

Срывая электроны с потока атомов водорода и гелия при помощи света лазера, и превращая этот поток в поток плазмы, ученые смогли изменить скорость группы световых импульсов, посланных в среду плазмы вторым лазером. Регулируя степень ионизации плазмы, процентное соотношение газов и другие параметры, ученые смогли в одном случае замедлить скорость импульсов света или ускорить ее до скорости, превышающей скорость света в вакууме.

Эффект ускорения возникал из-за наличия в плазменной среде областей с различными коэффициентами преломления. При этом возникал весьма странный парадокс, отдельные частицы света продолжали двигаться с обычной для них скоростью, а скорость их коллективного движения ускорялась.

Отметим, что возможность такого ускорения была ранее обоснована только теоретически, а получение практического подтверждения позволит ученым проникнуть глубже в тайны физики плазмы и повысить точность существующих сегодня теоретических моделей.

И это далеко не совпадение, что в данном эксперименте приняли участие ученые из Ливерморской Национальной лаборатории, одним из направлений деятельности которой являются лазеры различных типов. Вполне возможно, что в будущем появятся лазеры совершенно нового типа, в которых потоки плазмы будут использоваться для усиления или управления параметрами генерируемого потока света, как это делается сейчас в плазменных ускорителях элементарных частиц.

Share Button

Материалы по теме:

Ученые CERN объявили об обнаружении двух новых частиц и о возможном обнаружении третьей
Ученые Европейской организации ядерных исследований CERN, работающие на Большом Адронном Коллайдере в рамках эксперимента LHCb, объявили об обнаружении ими двух новых элементарных частиц, которые ...
Ученым впервые удалось запечатлеть явление квантовой запутанности
Ученым-физикам из университета Глазго в Шотландии удалось получить первый в истории снимок, на котором запечатлено явление квантовой запутанности, явление, которое было охарактеризовано Альбертом Эйнштейном, ...
Новая рентгеновская камера сможет различить десятки тысяч «оттенков» рентгеновского излучения
В настоящее время группой исследователей, в состав которой входят и исследователи из НАСА, ведется создание новой современной рентгеновской камеры, которая будет способна собирать чрезвычайно ...
Ученые впервые создали квантовую квазичастицу, обладающую свойствами шаровой молнии
Ученым из Амхерст-Колледжа и университета Аальто удалось впервые создать скирмионы в среде квантового газа. Скирмион - это квантовая квазичастица, возможность существования которой была предсказана ...
Охота за сверхлегкими частицами темной материи выходит на качественно новый уровень
Охота на крошечные почти невесомые частицы, называемые аксионами, которые, согласно теории, могут являться частицами темной материи, гравитация которой удерживает галактики и скопления галактик, вышла ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика