Fizicienii au observat pentru prima dată că găurile din lumină, cunoscute sub numele de singularități de fază sau vortexuri optice, pot depăși viteza luminii în anumite condiții, fără a încălca teoria relativității. Această descoperire reprezintă un avans semnificativ în înțelegerea comportamentului undelor de lumină și a fenomenelor cuantice, fiind realizată printr-un studiu detaliat folosind tehnologii avansate de microscopie.
De-a lungul decadelor, fizicienii au preconizat existența vortexurilor optice, adică structuri din undele luminoase în care lumina se răsucește în forma unor tirbușoane. În centrul acestor răsuciri, lumina se anulează, creând un punct de intensitate zero, asemănător unei găuri întunecate. Aceste singularități de fază se comportă asemenea vârtejurilor dintr-un râu, care se pot deplasa mai repede decât apa în jur, fără ca nimic să fie transportat în mod direct. Cercetătorii au demonstrat pentru prima dată că astfel de vortexuri pot atinge viteze care depășesc viteza luminii, însă această mișcare nu contrazice principiile teoriei relativității, deoarece vortexurile nu transportă masă sau energie. În schimb, mișcarea lor se bazează exclusiv pe geometria evolutivă a undei de lumină, astfel fiind o manifestare a structurilor de propagare a undelor, nu a unei deplasări fizice tradiționale.
Pentru a putea urmări această dinamică extrem de rapidă, echipa condusă de Ido Kaminer a folosit un material bidimensional numit nitrură de bor hexagonală, care susține unde de lumină neobișnuite denumite fononi-polaritoni. Acești hibrizi de lumină și vibrații atomice se mișcă mult mai lent decât lumina în sine, ceea ce a permis cercetătorilor să urmărească în detaliu comportamentul vortexurilor în timpul mișcării. O altă provocare a fost capturarea acestor evenimente într-un interval de timp extrem de scurt. Pentru aceasta, a fost utilizat un microscop electronic de mare viteză, capabil să înregistreze evenimente în doar trei cvadrilioane de secundă. Astfel, oamenii de știință au observat vortexurile în timp real, în condiții în care vitezele lor au trecut peste cea a luminii. Această tehnologie avansată a permis nu doar demonstrarea fenomenului, ci și deschiderea posibilităților de studiere a comportamentelor complexe ale undelor în dimensiuni și momente extrem de efemere. Cea mai recentă cercetare a fost publicată în revista Nature.
Potrivit lui Kaminer, aceste tehnici inovatoare de microscopie vor permite studiul proceselor rapide, ascunse în fizică, chimie și biologie, oferind o perspectivă asupra celor mai rapide și evazive fenomene ale naturii. Descoperirea nu doar că extinde înțelesurile despre dinamica undelor de lumină, ci ar putea avea implicații importante pentru tehnologii viitoare. Pentru moment, specialiștii intenționează să extindă această cercetare în medii și dimensiuni superioare, pentru a observa comportamente și mai complexe ale vortexurilor optice. De asemenea, tehnologia dezvoltată poate ajuta la îmbunătățirea limitărilor actuale ale microscopiei electronice, deschizând astfel noi perspective pentru studiul fenomenelor la scară miliardime de secundă. Într-un anunț recent, echipa de cercetare a indicat că această tehnică se va aplica în continuare în domenii diverse, iar în februarie 2024 planifică demonstrații în cadrul unor evenimente științifice internaționale pentru prezentarea noilor posibilități generate de aceste descoperiri. Sursa: DescoperaGăurile din lumină și mișcarea mai rapidă decât lumina
Tehnologia și mediul utilizat pentru observație
Implicații și perspective viitoare
