(zf L/Getty Images) Die meisten von uns sind mit dem vorherrschenden Gesetz vertraut, das die Geschwindigkeit begrenzt, mit der sich Informationen durch den leeren Raum bewegen können: die Lichtgeschwindigkeit, die bei 300.000 Kilometern (186.000 Meilen) pro Sekunde liegt.
Während es unwahrscheinlich ist, dass Photonen selbst jemals diese Geschwindigkeitsbegrenzung überschreiten, gibt es Eigenschaften des Lichts, für die nicht dieselben Regeln gelten.
Ihre Manipulation wird unsere Fähigkeit, zu den Sternen zu reisen, nicht beschleunigen, aber sie könnte uns helfen, den Weg zu einer völlig neuen Klasse von Lasertechnologie zu ebnen.
Physiker in den USA haben gezeigt, dass sich Wellen, die aus Gruppen von Photonen bestehen, unter bestimmten Bedingungen schneller als Licht bewegen können.
Forscher experimentieren seit einiger Zeit intensiv mit der Geschwindigkeitsbegrenzung von Lichtimpulsen, beschleunigen sie und verlangsamen sie mithilfe verschiedener Materialien wie z kalte atomare Gase , Brechende Kristalle , Und optische Fasern .
Aber beeindruckenderweise gelang es Forschern des Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien und der University of Rochester in New York letztes Jahr in heißen Schwärmen geladener Teilchen, indem sie die Geschwindigkeit der Lichtwellen im Plasma auf etwa ein Zehntel der Lichtgeschwindigkeit feinabstimmten übliche Vakuumgeschwindigkeit auf über 30 Prozent Schneller .
Das ist mehr – und weniger – beeindruckend, als es klingt.
Um die Herzen derer zu brechen, die hoffen, dass es uns dorthin führt Neben Centauri und zurück zur Zeit des Tees liegt diese superluminale Reise durchaus im Rahmen der Gesetze der Physik. Entschuldigung.
Die Geschwindigkeit eines Photons wird durch das Geflecht elektrischer und magnetischer Felder festgelegt, das als Elektromagnetismus bezeichnet wird. Daran führt kein Weg vorbei, aber auch Photonenimpulse innerhalb schmaler Frequenzen stoßen auf eine Weise zusammen, die regelmäßige Wellen erzeugt.
Der rhythmische Anstieg und Abfall ganzer Gruppen von Lichtwellen bewegt sich mit einer Geschwindigkeit durch Dinge, die als beschrieben werden Gruppengeschwindigkeit , und es ist diese „Welle der Wellen“, die je nach den elektromagnetischen Bedingungen ihrer Umgebung verlangsamt oder beschleunigt werden kann.
Durch das Entfernen von Elektronen aus einem Strom aus Wasserstoff- und Heliumionen mit einem Laser konnten die Forscher die Gruppengeschwindigkeit der von einer zweiten Lichtquelle durch sie gesendeten Lichtimpulse ändern, sie bremsen oder rationalisieren, indem sie das Verhältnis des Gases anpassten Dadurch werden die Merkmale des Pulses gezwungen, ihre Form zu ändern.
Der Gesamteffekt war auf die Brechung der Plasmafelder und das polarisierte Licht des Primärlasers zurückzuführen, mit dem sie abgebaut wurden. Die einzelnen Lichtwellen sausten immer noch in ihrem gewohnten Tempo voran, auch wenn ihr kollektiver Tanz sich zu beschleunigen schien.
Aus theoretischer Sicht trägt das Experiment dazu bei, die Physik von Plasmen zu konkretisieren und der Genauigkeit aktueller Modelle neue Grenzen zu setzen.
In der Praxis sind das gute Nachrichten für fortschrittliche Technologien, die auf Hinweise warten, wie sie Hindernisse umgehen können, die ihre Verwirklichung verhindern.
Laser wären hier die großen Gewinner, insbesondere die wahnsinnig leistungsstarke Variante. Laser der alten Schule basieren auf optischen Festkörpermaterialien, die bei steigender Energie dazu neigen, beschädigt zu werden. Verwendung von Plasmaströmen Durch die Verstärkung oder Änderung der Lichteigenschaften ließe sich dieses Problem umgehen, aber um das Beste daraus zu machen, müssen wir ihre elektromagnetischen Eigenschaften wirklich modellieren.
Es ist kein Zufall, dass das Lawrence Livermore National Laboratory daran interessiert ist, die optische Natur von Plasmen zu verstehen, da es die Heimat einiger der weltweit stärksten Plasmen ist beeindruckende Lasertechnologie .
Immer leistungsfähigere Laser sind genau das, was wir für eine ganze Reihe von Anwendungen brauchen Teilchenbeschleuniger hochfahren zu verbessern saubere Fusionstechnologie .
Es hilft uns vielleicht nicht, uns schneller durch den Weltraum zu bewegen, aber es sind genau diese Entdeckungen, die uns in die Zukunft treiben, von der wir alle träumen.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung .
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im Mai 2021 veröffentlicht.