De fleste av oss blir kjent med den gjeldende loven som begrenser hvor raskt informasjon kan bevege seg gjennom tomt rom: lysets hastighet, som topper med 300 000 kilometer (186 000 miles) per sekund.
Mens fotoner i seg selv er usannsynlig å bryte denne fartsgrensen, er det lystrekk som ikke følger de samme reglene.
Å manipulere dem vil ikke fremskynde vår evne til å reise til stjernene, men de kan hjelpe oss å rydde veien til en helt ny klasse av laserteknologi.
Fysikere i USA har vist at bølger som består av grupper av fotoner under visse forhold kan bevege seg raskere enn lys.
Forskere har lekt hardt og fort med fartsgrensen for lyspulser en stund, satt fart på dem og til og med bremset dem til en virtuell stillstand ved å bruke forskjellige materialer som kalde atomgasser, refraktive krystallerog optiske fibre.
Men imponerende nok, i fjor klarte forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory i California og University of Rochester i New York det inne i varme svermer av ladede partikler, og finjusterte hastigheten på lysbølgene i plasma til alt fra rundt en tidel av lysets vanlig vakuumhastighet til mer enn 30 prosent raskere.
Dette er både mer – og mindre – imponerende enn det høres ut.
For å knuse hjertene til de som håper den vil fly oss til Proxima Centauri og tilbake i tid for te, er denne superluminale reisen godt innenfor fysikkens lover. Unnskyld.
Et fotons hastighet er låst på plass av vevingen av elektriske og magnetiske felt referert til som elektromagnetisme. Det er ingen vei utenom det, men pulser av fotoner innenfor smale frekvenser forskyver seg også på måter som skaper vanlige bølger.
Den rytmiske stigningen og fallet av hele grupper av lysbølger beveger seg gjennom ting med en hastighet beskrevet som gruppehastighetog det er denne “bølgen av bølger” som kan justeres for å bremse eller øke hastigheten, avhengig av de elektromagnetiske forholdene i omgivelsene.
Ved å fjerne elektroner fra en strøm av hydrogen og heliumioner med en laser, var forskerne i stand til å endre gruppehastigheten til lyspulser sendt gjennom dem av en andre lyskilde, sette på bremsene eller strømlinjeforme dem ved å justere gassens forhold og tvinger pulsens funksjoner til å endre form.
Den totale effekten skyldtes brytning fra plasmaets felt og det polariserte lyset fra den primære laseren som ble brukt til å fjerne dem. De individuelle lysbølgene zoomet fortsatt sammen i sitt vanlige tempo, selv om deres kollektive dans så ut til å akselerere.
Fra et teoretisk ståsted hjelper eksperimentet med å utdype fysikken til plasmaer og legge nye begrensninger på nøyaktigheten til gjeldende modeller.
Praktisk sett er dette gode nyheter for avanserte teknologier som venter i vingene på ledetråder om hvordan man kan komme seg rundt hindringer som hindrer dem i å bli virkelighet.
Lasere ville vært de store vinnerne her, spesielt den vanvittig kraftige varianten. Gammeldagse lasere er avhengige av solid-state optiske materialer, som har en tendens til å bli skadet når energien øker. Bruke strømmer av plasma å forsterke eller endre lyskarakteristikker ville komme rundt dette problemet, men for å få mest mulig ut av det må vi virkelig modellere deres elektromagnetiske egenskaper.
Det er ingen tilfeldighet at Lawrence Livermore National Laboratory er opptatt av å forstå den optiske naturen til plasmaer, og er hjemmet til noen av verdens mest imponerende laserteknologi.
Stadig kraftigere lasere er akkurat det vi trenger for en hel haug med bruksområder, fra å øke partikkelakseleratorene til å forbedre ren fusjonsteknologi.
Det hjelper oss kanskje ikke å bevege oss raskere gjennom verdensrommet, men det er nettopp disse oppdagelsene som vil fremskynde oss mot den slags fremtid vi alle drømmer om.
Denne forskningen ble publisert i Fysiske gjennomgangsbrev.
En versjon av denne artikkelen ble først publisert i mai 2021.