Израильские ученые зафиксировали оптические вихри, летящие быстрее света

Исследователи из Хайфского Техниона экспериментально подтвердили теорию 1970-х годов о существовании оптических вихрей, способных перемещаться быстрее световой волны.

Физики совершили прорыв в электронной микроскопии, зафиксировав "темные точки" внутри световых волн. Это так называемые оптические вихри. Они представляют собой области, где амплитуда волны падает до нуля. Подобно воронкам в воде, такие вихри являются естественным природным феноменом.

Еще полвека назад физики предсказали, что эти "темные точки" в структуре волны могут двигаться быстрее, чем сама волна, в которой они возникли. До настоящего времени это утверждение оставалось только смелой гипотезой, лишенной прямого экспериментального доказательства. Теперь физики увидели эти оптические вихри. Работа опубликована в журнале Nature.

Преодоление светового порога кажется невозможным из-за постулатов Эйнштейна, но в данном случае противоречия нет. Ограничение скорости света в вакууме касается материи, обладающей массой, и сигналов, передающих энергию или информацию. Световые вихри – это "нулевые точки", лишенные массы и не переносящие информацию, поэтому их сверхсветовое движение не нарушает законов теории относительности.

Для наблюдения этих оптических вихрей исследователи использовали особый материал – гексагональный нитрид бора, в котором свет превращается в медленные гибридные волны (поляритоны). Именно в этой среде безмассовые вихри смогли развить скорость, превышающую скорость света.

Успех эксперимента стал возможен благодаря созданию уникальной системы в Центре электронной микроскопии Техниона. Объединив лазерные установки с передовым оптомеханическим оборудованием, ученые добились рекордного пространственного и временного разрешения. Этот метод электронной интерферометрии позволяет картировать тончайшие наноразмерные процессы, которые ранее оставались невидимыми.

Соавтор работы, профессор Идо Каминер, отмечает универсальность найденных методов исследования: "Наше открытие раскрывает универсальные законы природы, общие для всех типов волн – от звуковых волн и потоков жидкости до сложных систем, таких как сверхпроводники".

Результаты исследования открывают новые возможности в изучении скрытых процессов в физике, химии и биологии, они могут найти применение в квантовых технологиях и нанооптике.