№ 4

Декабрь/2022

Russian Traveler 04/2022

Можно ли превысить скорость света?

Фото: pixabay.com

Физики говорят, что да.

Большинство из нас в курсе, что абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн, также известная как скорость света в вакууме, равна примерно 300 тысячам километров в секунду. И, хотя сами фотоны вряд ли когда-либо преодолеют этот предел скорости, существуют особенности света, которые не подчиняются тем же правилам.

Манипулирование ими не позволит нам путешествовать к другим звездам, но они могут помочь нам расчистить путь к совершенно новому классу лазерных технологий. Физики в США показали, что при определенных условиях волны, состоящие из групп фотонов, могут двигаться быстрее света.

В прошлом году ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и Университета Рочестера в Нью-Йорке успешно отрегулировали скорость световых волн в плазме. Точно настроенные волны варьируются от примерно одной десятой обычной скорости света в вакууме до скорости более чем на 30% быстрее.

Скорость фотона фиксируется переплетением электрических и магнитных полей, называемых электромагнетизмом. Это фундаментальный закон, но импульсы фотонов с узкими частотами также сталкиваются таким образом, что создают регулярные волны. Ритмичные подъемы и спады целых групп световых волн проходят сквозь вещество 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.

Используя лазер для удаления электронов из потока ионов водорода и гелия, исследователи смогли замедлить или упростить доставку световых импульсов. Он изменяет групповую скорость световых импульсов, прошедших через них, и заставляет характеристики импульса изменять форму.

Общий эффект был обусловлен преломлением полей плазмы и поляризованным светом первичного лазера, используемого для их удаления. Отдельные световые волны все еще неслись 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 современных моделей. С практической точки зрения эксперимент добавляет больше глубины физике плазмы и накладывает больше ограничений на то, насколько точными могут быть предыдущие модели, что является отличной новостью для передовых технологий, ожидающих идей о том, как обойти препятствия, мешающие их реализации.

Традиционные лазеры 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 из этого максимальную пользу, нам нужно смоделировать их электромагнитные характеристики.

Не случайно Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, в которой находится одно из самых мощных лазерных устройств в мире, стремится понять оптическую природу плазмы. Нам нужны все более мощные лазеры для различных целей, таких как ускорение ускорителей частиц и разработка технологий чистого термоядерного синтеза.