Światło wolniejsze od światła

Badacze z University of Glasgow oraz Heriot-Watt University przepuścili fotony – pojedyncze cząsteczki światła – przez specjalną maskę. Zmieniała ona kształt fotonów i spowalniała je do prędkości mniejszej od prędkości światła. Nawet po wydostaniu się na wolną przestrzeń ich prędkość pozostawała zmniejszona.

Eksperyment może zmienić sposób, w jaki naukowcy patrzą na światło. Jak się powszechnie uważa, prędkość światła w próżni (oznaczana jako c) jest stała i wynosi 299.792,458 kilometra na sekundę. W wodzie czy szkle prędkość światła jest niższa – ale po opuszczeniu takiego ośrodka i przejściu w próżnię fotony znowu poruszają się z prędkością c. A właściwe zawsze tak się dotychczas zachowywały.

Sama koncepcja sprawdzenia, czy światło może się poruszać wolniej niż światło zrodziła się podczas rozmowy prof. Daniele Faccio z Heriot-Watt University i prof. Milesa Padgetta z University of Glasgow dwa i pół roku temu. „To po prostu jedno z tych wielkich, fundamentalnych pytań, które możesz sobie zadać pewnej nocy w pubie” – powiedział BBC dr Daniel Giovannini z University of Glasgow.

Dr Jacquiline Romero i dr Daniel Giovannini wraz z kolegami zbudowali w laboratorium w Glasgow rodzaj toru wyścigowego dla fotonów o długości jednego metra. Pozwoliło to badać prędkość pojedynczych fotonów.

Następnie urządzono wyścigi par fotonów – jeden wyruszał w normalnym stanie, drugi – po przepuszczeniu przez specjalna maskę, która powodowała zmianę kształtu fotonów i zmniejszyła ich prędkość do wartości mniejszej od prędkości światła. Maska, przypominająca nieco tarczę strzelniczą, zawdzięcza swoje właściwości ciekłym kryształom. Zmieniając kształt wiązki, wpływa także na prędkość tworzących ją fotonów.

Jak wykazały pomiary na tym "torze wyścigowym", spowolniony przez maskę foton poruszał się w wolnej od niespowolnionego także poza maską. Spowolniony foton pozostał w tyle za niespowolnionym (choć tylko o kilka milionowych części metra). Mogłoby się wydawać, że nie da się wpłynąć na kształt cząsteczki światła. Jednak z punktu widzenia fizyki kwantowej foton – choć cząsteczka – może także wykazywać właściwości fali.

Aby uprzystępnić sprzeczne z codziennym doświadczenie zjawiska kwantowe, autorzy badań posłużyli się porównaniem do wyścigu kolarskiego. Peleton – główna grupa kolarzy – może się poruszać ze stałą prędkością. Ale poszczególni kolarze mogą jechać wolniej, aby odpocząć lub czegoś się napić. Są też tacy, którzy starają się wyjść na prowadzenie. Peleton można porównać do wiązki światła, poruszającej się z prędkością światła, natomiast prędkości kolarzy - fotonów - mogą być zróżnicowane.

Odkrycie szkockich fizyków może mieć pewne praktyczne implikacje. Światło wykorzystywane jest do bardzo precyzyjnych pomiarów, chociażby odległości pomiędzy Ziemią a Księżycem. Co prawda nie należy się spodziewać problemów w przypadku tak dużych odległości, jednak możliwe, że przy pomiarach odległości bardzo małych i stosowaniu soczewek o dużej średnicy trzeba będzie uwzględnić opieszałe foton. Dr Giovanni nie wyklucza, że ciekawe pod względem fundamentalnej wiedzy zjawisko znajdzie także jakieś praktyczne zastosowania w codziennym życiu.(PAP)

pmw/ mki/