Fizicienii au reușit pentru prima dată să observe în mod direct fenomenul în care găurile din lumina, sau singularitățile de fază, se pot deplasa mai repede decât viteza luminii însăși. Acest rezultat a fost anunțat recent într-un studiu publicat în revista Nature, deschizând noi perspective asupra comportamentului undelor optice și a limitelor rapide ale fenomenelor cuantice și clasice.
Această descoperire reprezintă un pas important în înțelegerea fenomenelor de natură optică și nu contrazice teoria relativității, întrucât vortexurile de lumină nu transportă masă, energie sau informație, ci se mișcă în funcție de geometria undelor respective. Totuși, capacitatea lor de a depăși viteza luminii în vid, în condiții controlate, ridică întrebări despre natura mișcării în lumina înțelegerii actuale.
Cercetarea a fost posibilă datorită avansurilor în microscopie electronică de mare viteză, care a permis observarea unor fenomene extrem de rapide, de doar câteva femtosecunde, adică trilioane de ori mai mici decât scurta perioadă a unei clipiri. În acest mod au fost urmărite vortexurile optice, acele răsuciri în formă de tirbușon ale undelor luminoase, formate atunci când lumina se răsucește în spațiu în timp ce se propagă.
Direct din domeniul teoretic, cercetătorii au reușit să confirme, în condiții de laborator, că singularitățile de fază într-o undă de lumină pot face mișcare cu viteze ce depășesc constant limita de viteză a luminii, dar fără a încălca principiile fundamentale ale fizicii. În acest sens, fenomenul este comparabil cu vârtejurile dintr-un râu, care pot părea să se miște mai repede decât apa înconjurătoare, fără ca aceasta să fie încălcată.
Pentru a demonstra acest lucru, echipa condusă de fizicianul ÎNDOUIPETRE la Institutul de Tehnologie Technion din Israel a folosit un material inovator numit nitrură de bor hexagonală, unde au putut genera și observa undele neobișnuite numite fononi-polaritoni, hibride între lumină și vibrații atomice. Acestea facilitează crearea și controlul modelelor de interferență complexe, ce permit urmăirea detaliată a mișcării vortexurilor optice.
Un alt aspect al cercetării a fost utilizarea unui microscop electronic de mare viteză, capabil să captureze fenomene în doar trei cvadrilioane de secundă. Prin acest dispozitiv, echipa a urmărit vortexurile care se deplasau și se anihilau reciproc, vitezele lor trecând de limita impusă de viteza luminii în vid. Într-un astfel de fenomen, vortexurile care se apropie devin atrase reciproc, atingând viteze extrem de mari, iar observarea acestor procese a fost pentru cercetători o realizare tehnologică semnificativă.
Potrivit lui Ido Kaminer, unul dintre fizicienii implicați, aceste tehnici avansate de microscopie pot ajuta la cercetarea unor procese ascunse în fizică, chimie și biologie, în cele mai rapide intervale temporale. „Credem că aceste tehnici inovatoare de microscopie vor permite studiul proceselor ascunse din fizică, chimie și biologie, dezvăluind pentru prima dată modul în care natura se comportă în cele mai rapide și evazive momente ale sale”, a declarat Kaminer.
Cercetarea a avut loc pe fondul unor întrebări de bază legate de limitele vitezei luminii, fenomenul de depășire a acesteia și implicațiile pentru teoria relativității. Deși rezultatele recente nu modifică concepțiile generale despre limita universală a vitezei, deschid calea pentru studii mai aprofundate asupra comportamentului undelor de lumină și a fenomenelor optice avansate în condiții controlate.
Fenomenul observat oferă o perspectivă nouă asupra materiei și energiei în domeniul optic și cuantic, dar în același timp ridică provocări în înțelegerea fenomenelor la nivel microscopic. Cercetările continuă, fiind anticipate în următoarele luni și studii și experimente pe scară mai mare, ce vor putea demonstra și explica mai în detaliu aceste mișcări din ce în ce mai rapide ale vortexurilor optice.
Pe data de 15 februarie 2023, echipa de cercetători a anunțat oficial în publicația Nature rezultatele obținute, deschizând astfel o nouă frontieră pentru studiile în domeniul opticii și fizicii moderne.
