Международному коллективу физиков впервые удалось экспериментально подтвердить, что оптические вихри, часто называемые «дырами» в световом излучении, способны на короткое время превышать скорость света. Данное открытие не идет вразрез с постулатами теории относительности, поскольку подобные структуры не являются материальными телами и не участвуют в переносе энергии или информации.
Визуализация подготовлена Nano Banana
Объектом исследования стали фазовые сингулярности. Они возникают в тех случаях, когда свет приобретает спиралевидную волновую структуру, напоминающую штопор. В эпицентре такого закручивания происходит взаимное гашение световых волн, в результате чего формируется область с нулевой интенсивностью — своеобразная темная лакуна внутри светового поля.
Гипотеза о том, что эти вихри могут перемещаться быстрее самой волны, внутри которой они зародились, существовала в теории давно. Это явление часто сравнивают с речными водоворотами, способными смещаться быстрее основного потока воды. Однако зафиксировать этот эффект напрямую долгое время не удавалось из-за его протекания на экстремально малых пространственных и временных интервалах.
Прорыв стал возможен благодаря работе группы ученых под руководством Идо Каминера из Израильского технологического института (Технион). Исследователи изучали динамику оптических вихрей в гексагональном нитриде бора — двумерном наноматериале, поддерживающем существование особых квазичастиц, известных как фонон-поляритоны.
Ключевым инструментом в эксперименте выступил уникальный высокоскоростной электронный микроскоп с беспрецедентным разрешением. Прибор позволил наблюдать процессы, длящиеся всего 3 квадриллионные доли секунды. Путем многократного повторения замеров с микроскопическим временным сдвигом физики объединили сотни снимков в детализированную таймлапс-последовательность.
На полученных кадрах ученые визуализировали процесс сближения и последующей аннигиляции вихрей. Было установлено, что непосредственно перед исчезновением их скорость на мгновение достигает сверхсветовых значений. Авторы подчеркивают: это не означает нарушения фундаментальных законов природы, так как движение подобных сингулярностей определяется трансформацией формы волны, а не физическим перемещением материи в пространстве.
По мнению исследователей, результаты работы важны не только для фундаментального понимания физики волновых процессов, но и для проектирования инновационных систем в области электронной интерферометрии и микроскопии.
Источник: iXBT
