Ученые впервые напрямую зафиксировали «темные точки», способные двигаться быстрее света
Исследователи из Техниона в Израиле впервые экспериментально подтвердили давнее теоретическое предсказание: особые «темные точки» внутри световых волн могут перемещаться со сверхсветовой скоростью. Речь, однако, не идет о материи, энергии или информации, поэтому теория относительности не нарушается.
Группа ученых из Израильского технологического института сообщила о важном прорыве в оптике и электронной микроскопии: исследователи впервые напрямую наблюдали динамику так называемых оптических фазовых сингулярностей — «темных точек» внутри световой волны. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Именно эти структуры, как показал эксперимент, при определенных условиях могут двигаться быстрее скорости света. Однако сенсационную формулировку важно понимать правильно: быстрее света движется не физический объект и не сигнал, а область нулевой интенсивности внутри волны. Поэтому открытие не опровергает специальную теорию относительности.
Авторы работы проверяли идею, впервые сформулированную еще в 1970-х годах: теория допускала, что оптические сингулярности могут демонстрировать сверхсветовое движение, особенно в моменты их рождения или исчезновения. До сих пор это оставалось предсказанием, которое не удавалось напрямую измерить.
Для наблюдения за этим явлением ученые использовали сложную установку, объединившую лазерную систему, специализированный электронный микроскоп и высокоточный оптико-механический комплекс. Это позволило получить исключительно высокое пространственное и временное разрешение и буквально отследить движение таких «темных точек».
Эксперимент проводился на гексагональном нитриде бора. В этом материале свет образует поляритоны — гибридные свет-материальные возбуждения, которые распространяются заметно медленнее, чем свет в вакууме. Именно в такой среде стало возможно наблюдать, как вихревые темные структуры в волне оказываются сверхсветовыми по отношению к обычной световой скорости.
Исследователи подчеркивают, что речь идет не о передаче информации быстрее света. Нулевая точка в волне не переносит массу и сама по себе не является носителем энергии в том смысле, в каком это запрещает релятивистская физика. Поэтому никакого конфликта с фундаментальными законами здесь нет.
Значение работы выходит за рамки одного эффектного результата. Авторы считают, что новая методика поможет изучать предельно быстрые и труднодоступные процессы в нанофотонике, квантовых системах, сверхпроводимости и других областях, где важна динамика волн и скрытых микроструктур.
Источник: Nature