Tma dokáže prekonať rýchlosť svetla a vedci to konečne potvrdili

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Tmavé body vlnenia sa pohybujú rýchlejšie ako svetlo.

• Experimentálne potvrdenie predpovede po 50 rokoch čakania.

• Objav neporušuje Einsteinove zákony teórie relativity.

Vedecký tím z izraelského inštitútu Technion dosiahol významný úspech v oblasti optickej fyziky a vlnovej dynamiky. Výskumníci prvýkrát priamo zmerali rýchlosť tmavých bodov, odborne nazývaných optické vortexy, ktoré sa nachádzajú vnútri svetelných vĺn. Tieto body predstavujú fázové singularity, v ktorých amplitúda vlny klesá na hodnotu 0.

Merania ukázali, že tieto tmavé útvary sa dokážu pohybovať rýchlosťou, ktorá prevyšuje rýchlosť okolitého svetla. Tento jav bol teoreticky predpovedaný už v 70. rokoch 20. storočia, avšak doteraz chýbala technológia na jeho priame overenie. Potvrdenie superluminálneho pohybu otvára nové možnosti v nanotechnológiách a optickom spracovaní dát.

Vedci využili špeciálne vlastnosti materiálu s označením hexagonálny nitrid bóru, v ktorom svetlo vytvára takzvané polaritony. Tieto častice sa v materiáli pohybujú približne 100-krát pomalšie než svetlo vo vákuu. V tomto spomalenom prostredí bolo možné sledovať, ako optické vortexy preskakujú vpred a predbiehajú samotnú vlnu.

Dôležitým faktom zostáva, že tento objav neodporuje Einsteinovým fyzikálnym zákonom. Fázové singularity sú nehmotné entity, ktoré neprenášajú žiadnu fyzickú energiu ani informáciu. Vďaka tomu môžu vykazovať vysokú rýchlosť bez toho, aby došlo k porušeniu kauzality v rámci teórie relativity.

Na dosiahnutie výsledkov tím skombinoval pokročilú elektrónovú interferometriu s inovatívnymi optomechanickými systémami. Táto zostava umožnila sledovať dynamiku svetla s vysokým priestorovým aj časovým rozlíšením na nanometrovej úrovni.

Schopnosť sledovať tieto pohyby na nanoúrovni môže zmeniť prístup k vývoju kvantových počítačov. Vedci predpokladajú, že vizualizácia týchto procesov pomôže odhaliť skryté mechanizmy v chémii a biológii. Nová metóda merania sa stane kľúčom k pochopeniu rýchlych procesov v prírode.

Práca publikovaná v časopise Nature dokazuje, že tma v rámci svetelného poľa nie je len neprítomnosťou fotónov. Tieto singularity sa správajú podobne ako víry v kvapalinách alebo prúdoch vzduchu. Ich dynamika je riadená geometriou vlnoplochy, ktorá umožňuje zmeny polohy v čase.

Tento úspech je výsledkom spolupráce popredných univerzít vrátane MIT, Harvardu a Stanfordu. Vývoj materiálu prebehol v kooperácii s tímom profesora Hanana Herziga Scheinfoxa. Finálne merania potvrdili, že fyzika vĺn skrýva oblasti, ktoré čakali na modernú mikroskopiu.

V budúcnosti by sa tieto poznatky mohli aplikovať pri vytváraní rýchlych optických prepínačov. Schopnosť manipulovať s vortexmi by umožnila kódovať dáta do vlastností svetla. To by viedlo k vývoju bezpečnejších systémov na prenos kvantových informácií.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Meranie pohybu fázových singularít zásadne rozširuje možnosti optickej komunikácie a kvantového spracovania dát.

Zdroj: eurekalert.org foto: ChatGPT