Фізики зламали бар'єр швидкості світла за допомогою лазерних імпульсів серед гарячої плазми


Більшість із нас знає зі шкільного курсу фізики, що будь-який рух у нашому світі, у тому числі й швидкість передачі інформації обмежена фундаментальною константою, що дорівнює швидкості світла у вакуумі, яка становить 299 792 458 метрів за секунду. Поодинокі фотони світла навряд чи колись зможуть подолати цей бар'єр, але є деякі особливі характеристики світла, які, схоже, не підкоряються цим правилам. На жаль, використання цих характеристик не зможе допомогти нам досягти далеких зірок за короткий час, але все це відкриває дорогу для розвитку низки нових лазерних технологій.


Вчені-фізики з Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса в Каліфорнії та університету Рочестера в Нью-Йорку давно займаються дослідженнями поширення імпульсів лазерного світла у різних середовищах та за різних умов. Точно підбираючи параметри середовища поширення, вченим вже вдавалося сповільнити швидкість світла майже нуля. А нещодавно, використовуючи свого роду хвилі, що складаються з синхронізованих фотонів, і гарячу плазму, вчені домоглися того, що ці хвилі були в змозі переміщатися на 30 відсотків швидше за швидкість світла у вакуумі.


Максимальна швидкість фотонів світла та інших видів електромагнітних хвиль постійна та обмежена фундаментальним взаємозв'язком магнітних та електричних полів, що називається електромагнетизмом. Однак, в деяких умовах ритмічні коливання груп синхронізованих фотонів формують своєрідну світлову хвилю і надають цій хвилі так звану групову швидкість. І саме цю групову швидкість можна уповільнити чи прискорити, змінюючи параметри електромагнітної складової довкілля.


Вибиваючи за допомогою лазерного світла електрони з атомів суміші водню та гелію, вчені змогли змінити групову швидкість хвилі, що генерується другим джерелом світла. Як "важеля управління" змінами швидкості в даному випадку виступає зміна співвідношення та концентрації газів у суміші, і форма імпульсів світла. При певному положенні цього "важеля" виявився цікавий ефект, окремі фотони продовжували рухатися серед плазми з нормальною швидкістю, які колективний "танець" значно прискорився.


Як уже згадувалося вище, все це не дозволить нам створити технології швидкого переміщення крізь космічний простір. Однак, можливість контролю групової швидкості хвиль світла буде дуже корисна для ряду передових технологій, включаючи створення потужних лазерів, що використовуються в промисловості, в прискорювачах частинок, в технологіях ядерного синтезу і т.п. Традиційно в таких лазерах використовуються твердотільні елементи і кристали, які мають межу потужності, що закачується в них, і які згодом втрачають свої оптичні характеристики і ефективність.


Використання потоків плазми замість кристалів для посилення світла дозволить забути про ці обмеження і створити плазмові лазери, що володіють воістину недосяжним для нинішнього моменту рівнем потужності. А це, у свою чергу, дозволить вийти на якісно новий рівень низки технологій промислового та дослідницького характеру.