Физики сломали барьер скорости света при помощи лазерных импульсов в среде горячей плазмы


Большинство из нас знает из школьного курса физики, что любое движение в нашем мире, в том числе и скорость передача информации ограничена фундаментальной константой, равной скорости света в вакууме, которая составляет 299 792 458 метров в секунду. Единичные фотоны света вряд ли когда-нибудь смогут преодолеть этот барьер, но существуют некоторые особые характеристики света, которые, похоже, не подчиняются этим правилам. К сожалению, использование этих характеристик не сможет помочь нам достичь далеких звезд за короткое время, но все это открывает дорогу для развития ряда совершенно новых лазерных технологий.


Ученые-физики из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии и университета Рочестера в Нью-Йорке давно занимаются исследованиями распространения импульсов лазерного света в различных средах и при различных условиях. Точно подбирая параметры среды распространения, ученым уже удавалось замедлить скорость света практически до нуля. А недавно, используя своего рода волны, состоящие из синхронизированных фотонов, и горячую плазму, ученые добились того, что эти волны были в состоянии перемещаться на 30 процентов быстрее скорости света в вакууме.


Максимальная скорость фотонов света и других видов электромагнитных волн постоянна и ограничена фундаментальной взаимосвязью магнитных и электрических полей, называемой электромагнетизмом. Однако, в некоторых условиях ритмичные колебания групп синхронизированных фотонов формируют своего рода световую волну и придают этой волне так называемую групповую скорость. И именно эту групповую скорость можно замедлить или ускорить, изменяя параметры электромагнитной составляющей окружающей среды.


Выбивая при помощи лазерного света электроны из атомов смеси водорода и гелия, ученые смогли изменить групповую скорость волны, генерируемой вторым источником света. В качестве "рычага управления" изменениями скорости в данном случае выступает изменение соотношения и концентрации газов в смеси, и форма импульсов света. При определенном положении этого "рычага" проявился интересный эффект, отдельные фотоны продолжали двигаться в среде плазмы с нормальной скоростью, а их коллективный "танец" значительно ускорился.


Как уже упоминалось выше, все это не позволит нам создать технологии быстрого перемещения сквозь космическое пространство. Однако, возможность контроля групповой скоростью волн света будет очень полезна для ряда передовых технологий, включая создание мощных лазеров, использующихся в промышленности, в ускорителях частиц, в технологиях ядерного синтеза и т.п. Традиционно в таких лазерах используются твердотельные элементы и кристаллы, которые имеют предел закачиваемой в них мощности и которые со временем теряют свои оптические характеристики и эффективность.


Использование же потоков плазмы вместо кристаллов для усиления света позволит забыть об этих ограничениях и создать плазменные лазеры, обладающие поистине недостижимым для нынешнего момента уровнем мощности. А это, в свою очередь, позволит выйти на качественно новый уровень ряду технологий промышленного и исследовательского характера.