Физики превысили порог скорости света при помощи импульсов в среде горячей плазмы - «Наука и технологии»

Фотоны света, перемещающиеся в среде космического вакуума, двигаются со скоростью около 300 тысяч километров в секунду. И именно это значение является фундаментальным верхним пределом скорости в нашей Вселенной. Ничто, никакая материя, энергия или информация не могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Этот закон, ограничивающий скорость перемещения, пока еще ни разу не нарушался и вряд ли будет нарушен в будущем. Но у света имеются некоторые характеристики, благодаря которым при соответствующих условиях свет перестает подчиняться законам фундаментальной физики. Способность управления этими характеристиками не дает и не даст нам в будущем возможности добираться до ближайших звезд быстрее, однако, все это может открыть нам целый ряд совершенно новых лазерных технологий.

Ученые физики уже давно "играют" с изменением скорости распространения света, ускоряя импульсы света или замедляя их до полной неподвижности. Все это делается при помощи различных материалов, таких, как газы из сверхохлажденных атомов, кристаллы с экзотическими оптическими свойствами и даже оптоволокно.

На этот раз ученые из Ливерморской Национальной лаборатории и университета Рочестера использовали в качестве среды распространения света горячую плазму, газ из заряженных частиц. В среде этой плазмы создавались стабильные колебания, на некоторых из участков которых скорость распространения импульсов света замедлялась до одной десятой от обычной скорости света, а на других участках скорость импульсов превышала скорость света в вакууме на 30 процентов.

30-процентное превышение скорости света - это, конечно, звучит впечатляюще. Однако, тех, кто мечтает слетать на выходные куда-нибудь на Проксиму Центавра, ждет большое разочарование - возможности межзвездных путешествий пока все также остаются в подчинении законов и ограничений классической физики.

Скорость движения фотона в вакууме ограничена скоростью взаимодействия магнитных и электрических полей, что называется электромагнетизмом. А импульсы фотонов лазерного света, имеющих одинаковую частоту, фазу и поляризацию, могут быть замедлены или ускорены, как и любые другие электромагнитные волны. Ритмичный взлет и падение групп световых волн, перемещающихся через нелинейный материал, называется термином групповая скорость. И как раз именно эту групповую скорость можно или замедлить, или ускорить в зависимости от электромагнитных характеристик окружающей среды.

Срывая электроны с потока атомов водорода и гелия при помощи света лазера, и превращая этот поток в поток плазмы, ученые смогли изменить скорость группы световых импульсов, посланных в среду плазмы вторым лазером. Регулируя степень ионизации плазмы, процентное соотношение газов и другие параметры, ученые смогли в одном случае замедлить скорость импульсов света или ускорить ее до скорости, превышающей скорость света в вакууме.

Эффект ускорения возникал из-за наличия в плазменной среде областей с различными коэффициентами преломления. При этом возникал весьма странный парадокс, отдельные частицы света продолжали двигаться с обычной для них скоростью, а скорость их коллективного движения ускорялась.

Отметим, что возможность такого ускорения была ранее обоснована только теоретически, а получение практического подтверждения позволит ученым проникнуть глубже в тайны физики плазмы и повысить точность существующих сегодня теоретических моделей.

И это далеко не совпадение, что в данном эксперименте приняли участие ученые из Ливерморской Национальной лаборатории, одним из направлений деятельности которой являются лазеры различных типов. Вполне возможно, что в будущем появятся лазеры совершенно нового типа, в которых потоки плазмы будут использоваться для усиления или управления параметрами генерируемого потока света, как это делается сейчас в плазменных ускорителях элементарных частиц.