سرعت نور شکسته شد!

مجموعه: اخبار علمی و آموزشی

تاریخ انتشار : یکشنبه, 13 شهریور 1401 11:36

همه ما با قانون مشهوری آشنا هستیم که می‌گوید سرعت حرکت اطلاعات را در فضای خالی محدود است و آن همان سرعت نور است؛ یعنی ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر (۱۸۶۰۰۰ مایل) در ثانیه. اگرچه بعید است که فوتون‌ها هرگز این محدودیت سرعت را بشکنند، اما دانشمندان می‌گویند ویژگی‌هایی از نور وجود دارد که با قوانین یکسان عمل نمی‌کنند.

به گزارش فرارو به نقل از راهنماتو، فیزیکدانان می‌گویند هرچند دستکاری این ویژگی ها، هنوز نمی‌تواند توانایی ما برای سفر به ستارگان را تسریع کند، اما آن‌ها می‌توانند به ما کمک کنند راه را برای یک کلاس کاملاً جدید از فناوری لیزر باز کنیم. فیزیکدانان ایالات متحده نشان داده اند که تحت شرایط خاص، امواجی که از گروه‌های فوتون تشکیل شده اند، می‌توانند سریعتر از نور حرکت کنند.

محققان مدتی است که با محدودیت سرعت پالس‌های نور سخت و سریع بازی می‌کنند و با استفاده از مواد مختلف مانند گاز‌های اتمی سرد، کریستال‌های انکسار و فیبر‌های نوری، سرعت آن‌ها را افزایش داده و حتی آن‌ها را به حالت سکون مجازی کاهش داده‌اند.

اما به طرز چشمگیری، سال گذشته، محققان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در کالیفرنیا و دانشگاه روچستر در نیویورک، آن را در داخل دسته‌های گرم ذرات باردار مدیریت کردند و سرعت امواج نور را در پلاسما تا حدود یک دهم نور تنظیم کردند.

سرعت فوتون توسط بافت میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی که الکترومغناطیس نامیده می‌شود در جای خود قفل می‌شود. هیچ راهی برای دور زدن آن وجود ندارد، اما پالس‌های فوتون در فرکانس‌های باریک نیز به گونه‌ای تکان می‌خورند که امواج منظمی ایجاد می‌کنند.

صعود و نزول موزون گروه‌های کامل امواج نور با سرعتی که به عنوان سرعت گروهی توصیف می‌شود در میان مواد حرکت می‌کند، و این «موج امواج» است که می‌تواند بسته به شرایط الکترومغناطیسی اطرافش، برای کاهش یا افزایش سرعت تغییر کند.

با جدا کردن الکترون‌ها از جریان یون‌های هیدروژن و هلیوم با لیزر، محققان توانستند سرعت گروهی پالس‌های نوری که توسط منبع نوری دوم از طریق آن‌ها ارسال می‌شود را تغییر دهند، ترمز‌ها را روی آن‌ها قرار دهند یا با تنظیم نسبت گاز، آن‌ها را ساده‌سازی کنند. از منظر نظری، این آزمایش به فیزیک پلاسما کمک می‌کند و محدودیت‌های جدیدی را برای دقت مدل‌های فعلی ایجاد می‌کند و از نظر عملی، این خبر خوبی برای فناوری‌های پیشرفته است.

لیزر‌ها در اینجا برنده بزرگی خواهند بود، به ویژه انواع بسیار قدرتمند آن. لیزر‌های قدیمی بر مواد نوری حالت جامد متکی هستند که با بالا رفتن انرژی آسیب می‌بینند.

استفاده از جریان‌های پلاسما برای تقویت یا تغییر ویژگی‌های نور می‌تواند این مشکل را حل کند، اما برای استفاده حداکثری از آن، واقعاً باید ویژگی‌های الکترومغناطیسی آن‌ها را مدل‌سازی کنیم. تصادفی نیست که آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور مشتاق درک ماهیت نوری پلاسما است، زیرا خانه برخی از چشمگیرترین فناوری لیزر در جهان است.

لیزر‌های قدرتمندتر همان چیزی است که ما برای یکسری کاربردها، از افزایش شتاب دهنده‌های ذرات گرفته تا بهبود فناوری همجوشی پاک، به آن نیاز داریم. شاید این دستاورد به ما کمک نکند سریعتر در فضا حرکت کنیم، اما همین اکتشافات است که ما را به سمت آینده‌ای که همه آرزویش را داریم می‌شتاباند. نتایج این تحقیق در نشریه Physical Review Letters به چاپ رسیده است.