Международная команда во главе с учёными из Израильского технологического института (Технион) совершила прорыв в электронной микроскопии. Они впервые экспериментально доказали, что внутри световых волн существуют «тёмные точки».
Результаты масштабной работы опубликовал научный журнал Nature. Исследование подтвердило предсказание, сделанное ещё полвека назад: эти точки — или оптические вихри — при определённых условиях способны перемещаться быстрее света.
От теории 1970-х годов к практике
Проектом руководил профессор Идо Каминер. К работе подключилась международная группа исследователей из ведущих вузов мира.
В основе открытия лежат микроскопические области внутри световой волны. Там её интенсивность падает до абсолютного нуля. Эти участки физики называют вихрями или «нулевыми точками».
Они ведут себя как пустоты, встроенные в структуру волны. Похожие вихревые узоры мы видим постоянно: например, в водоворотах или турбулентных потоках воздуха. Однако их поведение внутри световых волн — и особенно нетипичная динамика — долгие годы не давали покоя исследователям со всего мира.
Гипотезу о том, что такие вихри могут обгонять свет, учёные выдвинули ещё в семидесятых годах прошлого века. Но до сих пор доказать это на практике не удавалось. На первый взгляд кажется, что всё это нарушает теорию относительности, ведь она указывает на скорость света, как на абсолютный космический предел.
Авторы работы терпеливо объясняют: этот принцип работает только для объектов с массой и сигналов, которые переносят энергию или информацию.
Зафиксированные в эксперименте вихри не имеют ни того ни другого. Это просто геометрические точки нулевой интенсивности внутри волны. А значит, их сверхсветовой полёт никак не противоречит базовым законам физики.
Инновационная экспериментальная база
Чтобы поймать этот сложный феномен, команда учёных собрала передовую установку в центре электронной микроскопии Техниона.
Учёные объединили инновационную лазерную систему, специализированный микроскоп и высокоточную оптику. В результате они получили фантастическое качество картинки в пространстве и времени. Это и позволило детально отследить стремительное движение «тёмных точек».
Эксперименты ставили на гексагональном нитриде бора (hBN). В этом оптическом материале свет ведёт себя крайне нестандартно: волны формируют гибридные возбуждения — поляритоны. Их часто называют «светозвуковыми» волнами, и распространяются они куда медленнее, чем свет в вакууме.
Именно этот эффект замедления создал специфические условия, при которых вихри визуально обгоняют сам свет, буквально «перепрыгивая» через волну.
Значение для науки и технологичных отраслей
Открытие не просто подтверждает давнюю теорию — оно открывает колоссальные перспективы.
Теперь физикам понятны принципы, которые работают в самых разных волновых системах: от классической гидродинамики до современных квантовых материалов. Кроме того, исследование дало науке новый метод изучения сверхбыстрых процессов на наноуровне.
Отслеживая вихри, учёные могут картографировать явления, которые раньше казались слишком быстрыми и неуловимыми.
Это достижение международной команды неизбежно повлияет на множество научных сфер. В их числе — передовая микроскопия, нанофотоника, изучение сверхпроводимости и квантовая информатика.
Получив возможность визуализировать самые мимолётные природные взаимодействия, наука сделает огромный шаг. Теперь мы сможем гораздо лучше понять, как работают сложные физические системы на микроскопическом уровне и невероятных скоростях.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU