Тайны, невероятное, необъяснимое и непознанное

Свет: Новые исследования движения частиц света привели к интересным результатам

Категория: Наука
   
Свет: Новые исследования движения частиц света привели к интересным результатам


Универсальное правило, возможно, должно быть переписано: свет, свободно двигающийся в пустом пространстве, не обязательно распространяется со скоростью света. Физики знают, световые частицы, двигающиеся в пустом пространстве, проходят расстояние в 186,282 мили за секунду (299,792 километра в секунду). Эта та скорость, которую принято называть "скоростью света".

Естественно, что свет замедляет свою скорость, когда он проходит через среду, как вода, стекло, или искусственные структуры, называемые волноводами. Но как только свет выходит с другой стороны среды, он должен сразу же нарастить скорость до своего максимального значения. Однако новое исследование показывает, что есть исключение из этого правила: свет не будет двигаться на максимальной скорости в пустом пространстве, если его "структура" изначально изменилась.

По мнению авторов нового исследования, даже столь простое, как обычная линза может изменить структуру света. Линза собирает рассеянный свет и объединяет его в единую, яркую точку. В своих экспериментах исследователи смогли изолировать этот замедляющий эффект, посылая свет через специально разработанные "маски", которые подобны определенным типам линз. Исследователи подчеркивают, что хотя на первый взгляд результаты кажутся не такими уж и странными, они не поддаются законам физики.

"Все это имеет смысл - это прекрасно согласуется с нашим пониманием того, как распространяется свет, и о том, как работает квантовая механика", сказал Даниэль Джованнини, научный сотрудник Университета Глазго в Шотландии.

Хотя о намеках этого явления сообщали ранее, исследователи заявили, что их работа является первой, цель которой продемонстрировать его непосредственно и предложить полное объяснение того, почему это происходит.

Изогнутый путь
Фотоны, или частицы света стараясь выйти из стакана воды, пытаются оставить переполненную среду: молекулы воды, в которые врезаются фотоны, препятствуют тому, чтобы небольшой луч света шел к выходу прямолинейно. Фотон перемещается быстро между каждой молекулой воды, но зигзагообразный путь между двумя точками медленнее, чем прямой, так, в конечном счете, фотон замедляется.

Во время “путешествия” в среде, фотоны всегда двигаются на максимальной скорости (скорости света), но замедляются из-за измененного пути. Так, когда фотон выходит в открытый космос и возобновляет прямой путь, он должен снова перейти к своей максимальной скорости. Однако согласно новому исследованию, изменение структуры света может эффективно задержать фотон, движущегося по зигзагообразному пути, и замедлить его.

Особый тип линзы может создать то, что известно как луч Бесселя, сформированного по образцу “яблочка” в мишени. Ученые, проводящие эксперименты с этим лучом, а также с лучом Гаусса, который является точкой света, имеющего большую плотность в середине и постепенно редеющего к краям, отметили, что свет, двигается медленнее, чем должен двигаться в свободном пространстве.

Линзы могут повлиять на световые лучи по-разному, поэтому, чтобы удалить лишние эффекты, исследователи использовали специализированные "маски" — в основном очень тонкую пленку, состоящую из кристаллических структур, которые могут формировать путь отдельных фотонов.

Фотон – это единица света, который не может быть разбит на более мелкие куски. Тем не менее, световая волна технически имеет несколько компонентов, говорят исследователи. Это подобно тому, как у географического местоположения могут быть широта, долгота и даже высота: три различных числа описывающих единственное местоположение. Точно так же единичный фотон может быть описан многократными волновыми компонентами.

Когда волна света проходит через маску, ее компоненты направляются по разным путям; некоторые двигаются прямо вперед, в то время как другие направляются на медленные, угловые пути, которые замедляют их. Скорость фотона - средняя скорость всех волновых компонентов и таким образом, фотон получает замедление всеми теми отклоненными компонентами.

Структуры, называемые волноводами, могут создать такой же эффект замедления. "Если Вы посылаете свет по волноводу, то он будет отражаться от его стен и двигаться зигзагами", рассказал Джованнини Live Science. "То, что мы здесь делаем, создаем более или менее ту же самую структуру, кроме свободного пространства, а не в волноводе. Мы убираем стены и просто даем свету распространяется в свободном пространстве после того, как мы его структурировали ".

Гонки фотонов
Исследователи поставили эксперимент, в котором один из фотонов пропустили через “маску”, тогда как второй перемещался в свободном пространстве. Цель эксперимента – посмотреть, какой из фотонов пересчет “финишную черту” первым. Результаты показали, что фотон, прошедший через маску прибыл к “финишу” с измеримой задержкой.

"Задержка, которую мы ввели структурированному лучу, маленькая, измеренная в нескольких микрометрах [миллионная часть метра] на расстоянии распространения в 1 метр, но это существенно", сказал Джованнини в заявлении. По словам исследователей, эта задержка может быть замечена как у групп фотонов, так и отдельных фотонов.

Ранее исследователи, экспериментируя с разными специальными типами линз, обнаружили, что свет, выходящий из этих линз, двигался чуть-чуть медленнее, чем реальная скорость света. Тогда этот эффект был впервые выделен и изучен непосредственно, говорят исследователи. Объяснение исследователей, вовлекший "зигзагообразный" путь и структуру света, является первым полным теоретическим объяснением этого феномена.

"То, что мы делали, было действительно понятно, это эксперимент, который удаляет любую двусмысленность", сказал Хаккилине Ромеро, научный сотрудник Университета Глазго со-ведущий автор исследования. "В то время как некоторые люди скажут: "Все это очевидно ", возможно, другие скажут: "Да, это очень здорово!".

На данный момент результаты пока не имеют каких-либо применений, говорят исследователи, но они могут быть важны в прецизионных измерениях (сверхточные измерения), связанных со светом.
"Это действительно очень любопытный эффект, на который прежде никто не обращал особого внимания", сказал Джованнини.

  • 2-02-2015, 19:02
  • Просмотров: 1670
  • Комментариев: 0


Поделиться новостью с друзьями

Добавление комментария
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код: