Fizicienii au reușit pentru prima dată să observe un fenomen teoretic de decenii despre care s-au crezut că depășește limitele vitezei luminii. Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie Technion din Israel au filmat pentru prima oară cum vortexurile optice, cunoscute și drept singularități de fază, pot avea mișcări ce par să le depășească viteza luminii în vid. Această descoperire nu contravine legilor fizicii, ci oferă o înțelegere mai profundă a comportamentului undelor de lumină, în special a celor care se comportă ca niște turbine în microcosmosul undelor electromagnetice.
Ce sunt și cum funcționează vortexurile optice
Vortexurile optice, sau singularitățile de fază, se formează atunci când undele de lumină se răsucesc în timp ce se propagă. Imaginea clasică a acestora ar fi un tirbușon de lumină, unde în centrul răsuciri se creează o zonă de intesitate zero, formând o gaură întunecată în câmpul luminos. În acest spațiu, lumina se anulează, generând un punct de raritate relativă față de restul undei.
Matematic, se știe de mult că aceste singularități pot fi atrase între ele,urmată de o mișcare care duce la viteze care, aparent, depășesc limita maximă impusă de teoria relativității. Totuși, fenomenul nu încalcă această teorie, pentru că vortexurile nu transportă masă, energie sau informație în mod direct, ci se bazează pe geometria undei în spațiu și timp.
Cercetătorii au folosit un material inovator, nitrură de bor hexagonală, pentru a observa aceste vortexuri în condiții controlate. Materialul susține unde neobișnuite numite fononi-polaritoni, adică hibrizi de lumină și vibrații atomice, care se deplasează mult mai lent decât lumina în sine, permițând astfel urmărirea clară a mișcării vortexurilor.
Depășirea limitelor microscopiei electronice pentru a vedea fenomenul
Pentru a captura aceste mișcări extrem de rapide, echipa israeliancă a utilizat un microscop electronic de mare viteză, capabil să înregistreze evenimente în doar trei cvadrilioane de secundă, adică în timp extrem de scurt. Această tehnologie a permis observarea directă a vortexurilor în timp real, atunci când acestea se deplasau spre unul altul și se anihilau, atingând viteze peste cea a luminii.
În proces, cercetătorii au urmărit deformările și interacțiunile acestor singularități, observând modul în care se comportă într-un spațiu bidimensional. Extinderea acestei lucrări în domenii cu dimensiuni superioare ar putea deschide noi perspective pentru studiile de fizică fundamentală și aplicate.
„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 Ido Kaminer, responsabil cu cercetarea.
Cercetarea a fost publicată în revista Nature, reprezentând un pas important în înțelegerea fenomenelor de natură acustică, optic-electronică și în teoria vortexurilor în sisteme complexe.
Viteza aparentă a vortexurilor ce depășește limitele impuse de teoria relativității a fost cucerită în laborator, dar acest lucru nu înseamnă că legile universului au fost încălcate. Fenomenul reprezintă un fenomen geometric și interferențial, oferind dovezi concrete despre complexitatea undelor și comportamentul lor la nivel microscopic. Rămâne de urmărit dacă tehnologia dezvoltată va putea fi adaptată pentru studiul fenomenelor similare în domenii precum fizica cuantică, optica avansată sau tehnologia informației.
