Για πρώτη φορά στην ιστορία της φυσικής, επιστήμονες κατάφεραν να παρατηρήσουν «τρύπες» μέσα στο φως να κινούνται ταχύτερα από το ίδιο το φως. Το φαινόμενο αφορά τις λεγόμενες ιδιομορφίες φάσης ή οπτικούς στροβίλους, μικροσκοπικές δομές που δημιουργούνται όταν το φως συμπεριφέρεται ως κύμα και «στρίβει» κατά τη διάδοσή του.
Παρότι η ιδέα είχε διατυπωθεί ήδη από τη δεκαετία του 1970, η άμεση παρατήρησή της παρέμενε εξαιρετικά δύσκολη λόγω των ακραία μικρών χρονικών και χωρικών κλιμάκων στις οποίες εκδηλώνεται. Ωστόσο, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον φυσικό Ίντο Καμίνερ από το Technion στο Ισραήλ κατάφερε να καταγράψει το φαινόμενο, ανοίγοντας νέους δρόμους στην κατανόηση της συμπεριφοράς του φωτός.
Οι οπτικοί στρόβιλοι δημιουργούν ένα σημείο μηδενικής έντασης – μια «σκοτεινή τρύπα» μέσα στο φως – και μπορούν να κινούνται μέσα στο κυματικό πεδίο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, καθώς δύο τέτοιες ιδιομορφίες πλησιάζουν και αλληλοεξουδετερώνονται, η ταχύτητά τους φαίνεται να ξεπερνά εκείνη του φωτός στο κενό.
Οι επιστήμονες διευκρινίζουν ότι δεν παραβιάζεται η θεωρία της σχετικότητας, καθώς αυτές οι δομές δεν μεταφέρουν μάζα, ενέργεια ή πληροφορία. Η «υπερφωτεινή» τους κίνηση οφείλεται στη μεταβολή της γεωμετρίας του ίδιου του κύματος και όχι σε πραγματική μετακίνηση υλικού αντικειμένου.
Για να ξεπεραστούν τα τεχνολογικά εμπόδια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα δισδιάστατο υλικό, το εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου, το οποίο επιτρέπει τη δημιουργία ειδικών κυμάτων φωτός που κινούνται πιο αργά και μπορούν να παρατηρηθούν με μεγαλύτερη ακρίβεια. Με τη βοήθεια ενός προηγμένου ηλεκτρονικού μικροσκοπίου υψηλής ταχύτητας, κατέγραψαν φαινόμενα που εξελίσσονται σε μόλις τρία τετράκις εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου.
Συνδυάζοντας εκατοντάδες εικόνες από επαναλαμβανόμενα πειράματα, οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα είδος «ταινίας» που αποτυπώνει την κίνηση και την εξαφάνιση των στροβίλων. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν θεωρητικές προβλέψεις δεκαετιών και αναδεικνύουν κοινές αρχές που διέπουν διαφορετικά είδη κυμάτων, από τον ήχο έως πολύπλοκα κβαντικά συστήματα.
Η ανακάλυψη δεν έχει μόνο θεωρητική σημασία. Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι νέες τεχνικές ηλεκτρονικής συμβολομετρίας που αναπτύχθηκαν μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την απεικόνιση φαινομένων σε νανοκλίμακα και να συμβάλουν στη μελέτη ταχύτατων διεργασιών στη φυσική, τη χημεία και τη βιολογία.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature.
Με πληροφορίες από το Science Alert
