Всем известно, что скорость света в вакууме непреодолима и составляет 300 000 километров в секунду. И хотя сами фотоны — кванты света — никогда не смогут перешагнуть через этот порог, физические свойства частиц света позволяют преодолеть этот барьер довольно экстравагантным образом.
Физики в США показали, что при определенных условиях волны, состоящие из групп фотонов, могут двигаться быстрее света. Исследователи некоторое время играли с ограничением скорости световых импульсов, ускоряя их и даже замедляя до состояния виртуальной остановки, используя различные материалы, такие как холодные атомарные газы, преломляющие кристаллы и оптические волокна.
Но в прошлом году исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии и Университета Рочестера в Нью-Йорке смогли реализовать то же самое внутри горячих скоплений заряженных частиц, точно настроив скорость световых волн внутри плазмы — авторы смогли регулировать скорость частиц от одной десятой обычной скорости света в вакууме до более чем на 30 процентов от нее.
Скорость фотона фиксируется переплетением электрических и магнитных полей, называемых электромагнетизмом. От этого никуда не деться, но импульсы фотонов на узких частотах также сталкиваются таким образом, что создают регулярные волны. Ритмичный подъем и падение целых групп световых волн проходит сквозь вещество со скоростью, описываемой как групповая скорость, и именно эту «волну волн» можно замедлить или ускорить, в зависимости от электромагнитных условий ее окружения.
Удаляя электроны из 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 заставляя характеристики импульса менять форму.
Общий эффект был обусловлен преломлением полей плазмы и поляризованным светом от основного лазера, используемого для их подавления. Отдельные световые волны все еще двигались в своем обычном темпе, даже когда их коллективная скорость становилась выше.
С теоретической точки зрения эксперимент помогает конкретизировать физику плазмы и накладывает новые ограничения на точность существующих моделей. С практической точки зрения, это хорошая новость для передовых технологий, ведь открытие поможет им обойти препятствия, связанные с пределом скорости света.