Fizicienii au descoperit ceva ce se poate deplasa mai repede decât lumina

Pentru prima dată, fizicienii au observat că găurile din lumină se pot deplasa mai repede decât lumina însăși. Acestea sunt cunoscute sub numele de singularități de fază sau vortexuri optice.

Încă din anii ’70, oamenii de știință au prezis că, așa cum vârtejurile dintr-un râu se pot mișca mai repede decât apa care curge în jurul lor, tot așa și vârtejurile dintr-o undă de lumină pot depăși lumina în care sunt încapsulate.

• Cinci minute în apă rece ar putea fi suficiente pentru a îmbunătăți starea de spirit
• Fibrele, aliatul surpriză al creierului: cum influențează sănătatea mintală

Acest lucru nu încalcă teoria relativității, care afirmă că nimic nu poate călători mai repede decât viteza luminii. Asta deoarece vortexurile nu transportă masă, energie sau informație. Mișcarea lor se bazează pe geometria evolutivă a modelului undei, nu pe o deplasare fizică prin spațiu.

Cu toate acestea, surprinderea acestui fenomen în acțiune a fost dificil de realizat, deoarece se desfășoară la scări extrem de mici de spațiu și timp. Această realizare este un triumf al microscopiei electronice.

„Descoperirea dezvăluie legi universale ale naturii împărtășite de toate tipurile de unde, de la undele sonore și fluxurile de fluide până la sisteme complexe precum supraconductorii”, spune Ido Kaminer, fizician la Institutul de Tehnologie Technion din Israel.

Deși pentru ochii noștri lumina pare uniformă, ea ascunde procese greu de perceput. Lumina poate fi supusă unor perturbări similare cu cele observate în alte sisteme dominate de dinamica fluxurilor, inclusiv vortexurile optice, scrie ScienceAlert.

Ce sunt găurile de lumină?

Lumina se poate comporta atât ca o particulă, cât și ca o undă; un vortex optic se formează atunci când unda se răsucește în timp ce călătorește, ca un tirbușon. Chiar în centrul acelei răsuciri, lumina se anulează singură, lăsând un punct de intensitate zero, un fel de gaură întunecată în lumină.

Este înțeles matematic faptul că două singularități dintr-un cadru de referință vor fi atrase una de cealaltă, prinzând viteză pe măsură ce se apropie și atingând viteze care par să depășească viteza luminii în vid.

Pentru a depăși limitările anterioare, Kaminer și colegii săi au înregistrat comportamentul vortexurilor optice într-un material bidimensional numit nitrură de bor hexagonală.

Acest material susține unde de lumină neobișnuite numite fononi-polaritoni, adică hibrizi de lumină și vibrații atomice, care se mișcă mult mai lent decât lumina singură. Acest lucru creează modele de interferență complexe, permițând cercetătorilor să urmărească mișcarea vortexurilor în detaliu.

Depășirea limitărilor microscopiei electronice

A doua parte crucială a fost capturarea acestei dinamici în timp real. Echipa a utilizat un microscop electronic specializat de mare viteză, cu o rezoluție spațială și temporală fără precedent, care a înregistrat evenimente ce se desfășoară în doar 3 cvadrilioane de secundă.

Cercetătorii au urmărit vortexurile în timp ce acestea se îndreptau unul spre celălalt și se anihilau, vitezele lor trecând de cea a luminii în acest proces. Următorul pas, spun cercetătorii, este extinderea muncii în dimensiuni superioare pentru a observa comportamente și mai complexe. Tehnica lor ar putea ajuta, de asemenea, la depășirea limitărilor actuale ale microscopiei electronice.

„Credem că aceste tehnici inovatoare de microscopie vor permite studiul proceselor ascunse din fizică, chimie și biologie, dezvăluind pentru prima dată modul în care natura se comportă în cele mai rapide și evazive momente ale sale”, spune Kaminer.

Cercetarea a fost publicată în revista Nature.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Cel mai faimos dintre valsuri ajunge printre stele! „Dunărea albastră” a lui Johann Strauss, trimisă cu viteza luminii

Am putea călători vreodată mai repede decât viteza luminii?

Viteza luminii a fost depășită! Cum a fost atinsă performanța?

Particulele neutrino au depăşit din nou viteza luminii!