Физики превзошли скорость света с помощью импульсов внутри горячей плазмы
Большинство из нас вырастают знакомыми с действующим законом, ограничивающим скорость распространения информации в пустом пространстве: со скоростью света, которая достигает 300 000 километров (186 000 миль) в секунду.
Хотя фотоны сами по себе вряд ли когда-либо преодолеют этот предел скорости, есть особенности света, которые не подчиняются тем же правилам.
Управление ими не ускорит нашу способность путешествовать к звездам, но они могут помогите нам расчистить путь к совершенно новому классу лазерных технологий.
Физики из США показали, что при определенных условиях волны, состоящие из групп фотонов, могут двигаться быстрее света.
Исследователи какое-то время активно и быстро играли с ограничением скорости световых импульсов, ускоряя и даже замедляя их до виртуальной остановки, используя различные материалы, такие как холодные атомарные газы, преломляющие кристаллы и оптические волокна.
Но впечатляет то, что в прошлом году исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и США Университет Рочестера в Нью-Йорке управлял этим в горячем рое заряженных частиц, точно настраивая скорость световых волн в плазме от примерно одной десятой обычной скорости света в вакууме до более чем на 30% быстрее .
Это одновременно и больше – и меньше – впечатляюще, чем кажется.
Чтобы разбить сердца тех, кто надеется, что он доставит нас на Проксиму Центавра и обратно к чаю, это сверхсветовое путешествие полностью соответствует законам физики. Извините.
Скорость фотона фиксируется переплетением электрических и магнитных полей, называемым электромагнетизмом. От этого никуда не деться, но импульсы фотонов с узкими частотами также толкают друг друга таким образом, что создают регулярные волны.
Ритмичный подъем и спад целых групп световых волн проходит сквозь материал со скоростью, описываемой как групповая скорость. , и именно эту «волну волн» можно настроить так, чтобы она замедлялась или ускорялась в зависимости от электромагнитных условий ее окружения.
Отрывая электроны от потока ионов водорода и гелия с лазера, исследователи смогли изменить групповую скорость световых импульсов, пропущенных через них вторым источником света, затормозив или оптимизировав их, отрегулировав соотношение газов и заставив особенности импульса изменить форму.
Общий эффект был обусловлен преломлением полей плазмы и поляризованным светом первичного лазера, используемого для их удаления. Отдельные световые волны по-прежнему мчались в своем обычном темпе, даже несмотря на то, что их коллективный танец, казалось, ускорился.
С теоретической точки зрения эксперимент помогает конкретизировать физику плазмы и накладывает новые ограничения на точность измерений. актуальных моделей.
Практически говоря, это хорошая новость для передовых технологий, ожидающих своего часа, чтобы найти подсказки, как обойти препятствия, мешающие их воплощению в реальность.
Лазеры будут большие победители здесь, особенно безумно мощный сорт. Лазеры старой школы основаны на твердотельных оптических материалах, которые, как правило, повреждаются при увеличении энергии. Использование потоков плазмы для усиления или изменения световых характеристик могло бы обойти эту проблему, но чтобы извлечь максимальную пользу из этого, нам действительно нужно смоделировать их электромагнитные характеристики.
Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса не случайно стремится к этому. понять оптическую природу плазмы, являясь домом для некоторых из самых впечатляющих лазерных технологий в мире.
Все более мощные лазеры — это то, что нам нужно для целого ряда приложений, от увеличения мощности ускорителей частиц до улучшения чистоты. технологии термоядерного синтеза.
Возможно, это не поможет нам двигаться в космосе быстрее, но именно эти открытия приблизят нас к будущему, о котором мы все мечтаем.
Это исследование было опубликовано в Physical Review Letters.
Версия этой статьи была впервые опубликована в мае 2021 г.
