Шотландские физики замедлили свет в вакууме

Фотоны в паре попадали в детектор в разное время, а значит, передвигались с разной скоростью

Фотоны в паре попадали в детектор в разное время, а значит, передвигались с разной скоростью
(иллюстрация University of Glasgow). http

Лишь по плоской волне свет распространяется с постоянной скоростью

Лишь по плоской волне свет распространяется с постоянной скоростью
(иллюстрация Wikimedia Commons).

Фотоны в паре попадали в детектор в разное время, а значит, передвигались с разной скоростью
Лишь по плоской волне свет распространяется с постоянной скоростью

Скорость света в вакууме составляет чуть меньше 300 тысяч километров в секунду, и эта цифра является константой, обозначаемой латинской буквой c. Эта догма лежит в основе всей современной физики, и она неразрывно связана с теорией относительности Альберта Эйнштейна.

Однако вне вакуума, например, в воде или в стекле скорость распространения света ниже (225 и 200 тысяч километров в секунду, соответственно). Частицам света фотонами приходится преодолевать сопротивление среды. Некоторые из них летят не по прямой, как в вакууме, когда на их пути ничего не встречается, поэтому групповая скорость потока фотонов снижается. Из-за этого наблюдается эффект "переломленной" соломинки в стакане с водой.

Новое исследование, которое возглавлял физик Майлз Паджетт (Miles Padgett) из университета Глазго, опровергает теорию постоянства скорости света именно в вакууме. Вместе со своими коллегами из университета Хериот-Уотт (Heriot-Watt University) учёный показал, что лишь фотоны в плоской волне двигаются в вакууме со скоростью c, но свет с более сложной волновой структурой распространяется немного медленнее — примерно на одну тысячную долю процента.

Данное открытие было сделано в результате исследования, в ходе которого Паджетт и его коллеги изучали два вида сформированного света — луч Бесселя, который "в разрезе" выглядит как серия концентрических колец света, и Гауссов пучок, в котором параметры света в поперечном сечении луча соответствуют функции Гаусса.

Учёные использовали ультрафиолетовый лазер, чтобы разделить поток света на пару лучей из пучков фотонов. Один двигался к детектору фотонов без изменений (плоская волна), а второй проходил через жидкокристаллический фильтр для формирования либо Гауссова пучка, либо луча Бесселя.

Лишь по плоской волне свет распространяется с постоянной скоростью

Оба луча из фотонов преодолевали расстояние в один метр, а потом попадали в детектор. Частицы света должны были прибыть в одно и то же время, если бы скорость света была бы одинаковой в обоих случаях. Однако каждый раз "сформированный" фотон задерживался на 10-20 длин волны (то есть на те самые 0,001% скорости), в отличие от того, который распространялся по плоской волне.

Причин такому необычному явлению может быть несколько. Во-первых, дело может быть в том, что часть фотонов в сформированном пучке движется в "неправильном" направлении — в сторону от оси распространения пучка, а не вперёд (из-за этого скорость группы фотонов падает).

"Это объяснение не совсем точно описывает картину распределения энергии в пучке, однако оно может помочь понять, что происходит. Лично мне оно нравится, но строгие законы физики могут не допустить такой версии", — говорит Паджетт, чья статья вышла в журнале Science Express.

Авторы исследования отмечают в пресс-релизе, что своими выводами они вовсе не пытаются оспорить Эйнштейна. Полученные результаты, по словам учёных, повлияют лишь на определённые эксперименты малой дальности, которые оперируют очень чёткими временными рамками распространения света.

Примечательно, что итоги эксперимента Паджетта и его коллег согласуются с некоторыми предыдущими исследованиями оптиков. Однако данный эксперимент является первым чётким доказательством того, что скорость света в вакууме далеко не во всех случаях является константой.

Ранее мы рассказывали о том, как физикам удалось изогнуть свет под нужным углом, закрутить его в спираль и даже остановить на целую минуту.