Физики превысили скорость света с помощью импульсов внутри горячей плазмы
Пролетая сквозь вакуум, фотон света движется со скоростью около 300 тысяч километров в секунду. Это устанавливает жесткий предел того, насколько быстро информация может перемещаться в любую точку Вселенной.
Хотя этот закон вряд ли когда-либо будет нарушен, есть особенности света, которые не действуют по тем же правилам. Манипулирование ими не ускорит нашу способность путешествовать к звездам, но они могут помочь нам расчистить путь к совершенно новому классу лазерных технологий.
Физики какое-то время жестко и быстро играли с ограничением скорости световых импульсов, ускоряя их и даже замедляя до виртуальной остановки, используя различные материалы, такие как холодные атомные газы, преломляющие кристаллы и оптические волокна.
На этот раз исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и Университета Рочестера в Нью-Йорке изменили скорость света в горячих роях заряженных частиц, точно настроив скорость световых волн в плазме на 30 процентов выше.
Это более — и менее — впечатляюще, чем кажется.
Для тех, кто надеется, что открытие поспособствует перемещению нас к Проксима Центавра и обратно за пару лет, это сверхсветовое путешествие находится в рамках законов физики. Простите.
Скорость фотона фиксируется сплетением электрических и магнитных полей, называемым электромагнетизмом. Этого не избежать, но импульсы фотонов в узких частотах также сталкиваются таким образом, что создают регулярные волны.
Ритмичные подъемы и спады целых групп световых волн проходят через вещество со скоростью, описываемой как групповая скорость, и именно эту «волну волн» можно настроить, замедлить или ускорить, в зависимости от электромагнитных условий окружающей среды.
Отрывая электроны от потока ионов водорода и гелия с помощью лазера, исследователи смогли изменить групповую скорость световых импульсов, посылаемых через них вторым источником света, притормаживая или оптимизируя их, регулируя соотношение газа и характеристик импульса к изменению формы.
Общий эффект был обусловлен преломлением полей плазмы и поляризованным светом от первичного лазера. Отдельные световые волны все еще двигались в обычном темпе, хотя их коллективное движение ускорялось.
С теоретической точки зрения эксперимент помогает конкретизировать физику плазмы и накладывает новые ограничения на точность текущих моделей.
С практической точки зрения, это хорошая новость для передовых технологий, которые ждут своего часа, чтобы узнать, как обойти препятствия, мешающие их превратить в реальность.
Здесь больше всего выиграют лазеры, особенно безумно мощные. В лазерах предыдущего поколения используются твердотельные оптические материалы, которые повреждаются при повышении уровня энергии. Использование потоков плазмы для усиления или изменения световых характеристик позволило бы обойти эту проблему, но чтобы извлечь максимальную пользу, нам действительно необходимо моделировать их электромагнитные характеристики.
Не случайно, что Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса стремится понять оптическую природу плазмы, поскольку здесь используются одни из самых впечатляющих лазерных технологий в мире.
Все более мощные лазеры — это то, что нам нужно для целого ряда приложений, от наращивания мощности ускорителей частиц до улучшения технологии чистого термоядерного синтеза.
Возможно, это не поможет нам перемещаться в космосе быстрее, но именно эти открытия подтолкнут нас к тому будущему, о котором мы все мечтаем.
Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.
Источники: Фото: NASA/JPL-Caltech/MSSS
