Впервые физики наблюдали необычные вихри внутри световых волн, которые при определенных условиях перемещаются быстрее скорости света.
Звучит так, будто физика только что сломалась, мироздание надломилось, а мы проложили себе путь к далеким звездам и галактикам. Но на самом деле ничего подобного не произошло: речь идет о куда более тонком, но не менее интересном эффекте.
Эти вихри представляют собой не "кусочки света", а особые точки в волновом поле, где амплитуда падает до нуля. В научной литературе их называют фазовыми сингулярностями. Подобные структуры встречаются не только в оптике, но и в других волновых системах, например в жидкостях.
Еще десятилетия назад физики-теоретики предсказали, что фазовые сингулярности могут вести себя необычно и в некоторые моменты даже демонстрировать формально сверхсветовые скорости. Теперь у этого научно обоснованного предположения появилось экспериментальное подтверждение.
Ключевой момент в этой истории в том, что быстрее света движется не материя, не энергия и не информация, а геометрия волнового рисунка. Это принципиально важно.
Во Вселенной существует фундаментальный запрет на сверхсветовую передачу сигнала, но это ограничение не распространяется на некоторые абстрактные особенности поля — например, точки нулевой амплитуды, — что и позволяет им смещаться с такой скоростью. Так что никакого нарушения одного из ключевых законов мироустройства здесь нет.
Чтобы зафиксировать этот эффект, ученые встроили оптомеханическую лазерную систему в электронный микроскоп. Благодаря этому они смогли проводить сверхточные измерения с предельно короткими импульсами. Важную роль сыграл и материал, на котором проводились наблюдения, — гексагональный нитрид бора.
В нем свет возбуждал гибридные волны, известные как гиперболические фонон-поляритоны. Они распространяются значительно медленнее обычного света, и именно это позволило наблюдать, как связанные с ними фазовые сингулярности в некоторые моменты "ускоряются" до формально сверхсветовых скоростей.
Если говорить совсем просто, то ученые не обнаружили — и никогда не обнаружат — способ обогнать свет и не нашли лазейку для мгновенной космической связи. Но у этого замысловатого эксперимента, как и у всей стоящей за ним сложной физики, есть вполне практическое применение: создание более точных сенсоров, дальнейшая миниатюризация оптических устройств, улучшение технологий передачи сигнала и совершенствование квантовых компьютеров. То есть это важный шаг в развитии электроники, фотоники, измерительных и вычислительных инструментов будущего.