علماء الفيزياء يكسرون سرعة الضوء بواسطة نبضات داخل البلازما الساخنة!

تحرك فوتون من الضوء عبر "مياه الفراغ الملساء" بسرعة حوالي 300 ألف كيلومتر في الثانية. وهذا يضع حدا صارما لمدى سرعة انتقال "الهمس" من المعلومات إلى أي مكان في الكون.

وفي حين أنه من غير المحتمل أن يتم كسر هذا القانون على الإطلاق، إلا أن هناك ميزات للضوء لا تتبع القواعد نفسها. ولن يؤدي التلاعب بها إلى تسريع قدرتنا على السفر إلى النجوم، ولكن يمكن أن يساعدنا في تمهيد الطريق إلى فئة جديدة كاملة من تكنولوجيا الليزر.

وكان الفيزيائيون يعملون بجد وبسرعة مع الحد الأقصى لسرعة نبضات الضوء لفترة من الوقت، ما يسرعها بل ويبطئها إلى موقف افتراضي ثابت باستخدام مواد مختلفة مثل الغازات الذرية الباردة، والبلورات الانكسارية، والألياف الضوئية.

وهذه المرة، قام باحثون من مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا وجامعة روتشستر في نيويورك، بإدارتها داخل أسراب ساخنة من الجسيمات المشحونة، وضبطوا سرعة موجات الضوء داخل البلازما إلى أي مكان من حوالي عُشر سرعة الفراغ المعتادة للضوء إلى أكثر من 30% أسرع.

إقرأ المزيد

محاكاة مذهلة تقدم أول نموذج عالي الدقة لسحابة غاز كاملة حيث تتشكل النجوم

ويتم تثبيت سرعة الفوتون في مكانه عن طريق نسج المجالات الكهربائية والمغناطيسية المشار إليها باسم الكهرومغناطيسية. ولا يمكن الالتفاف حول ذلك، لكن نبضات الفوتونات ضمن ترددات ضيقة تتزاحم أيضا بطرق تخلق موجات منتظمة.

ويتحرك الصعود والانخفاض الإيقاعي لمجموعات كاملة من موجات الضوء عبر الأشياء، بمعدل يوصف بالسرعة الجماعية، وهذه "الموجة من الموجات" هي التي يمكن تعديلها لإبطاء أو تسريعها، اعتمادا على الظروف الكهرومغناطيسية لمحيطها.

ومن خلال تجريد الإلكترونات من تيار أيونات الهيدروجين والهيليوم باستخدام الليزر، تمكّن الباحثون من تغيير سرعة مجموعة نبضات الضوء المرسلة عبرها من خلال مصدر ضوء ثان، ووضع الفرامل أو تبسيطها عن طريق ضبط نسبة الغاز و إجبار ملامح النبض على تغيير شكلها.

وكان التأثير الكلي ناتجا عن الانكسار من حقول البلازما والضوء المستقطب من الليزر الأساسي المستخدم في تجريدها. وما تزال موجات الضوء الفردية تقترب من وتيرتها المعتادة، حتى مع تسارع رقصتها الجماعية.

ومن وجهة نظر افتراضية، تساعد التجربة على توضيح فيزياء البلازما ووضع قيود جديدة على دقة النماذج الحالية.

وليس من قبيل المصادفة أن مختبر لورانس ليفرمور الوطني حريص على فهم الطبيعة البصرية للبلازما، كونه موطنا لبعض تقنيات الليزر الأكثر إثارة للإعجاب في العالم. والليزر الأكثر قوة هو ما نحتاجه لمجموعة كاملة من التطبيقات، من تكثيف مسرعات الجسيمات إلى تحسين تقنية الاندماج النظيف.

وقد لا يساعدنا ذلك في التحرك عبر الفضاء بشكل أسرع، لكن هذه الاكتشافات بالذات هي التي ستسرعنا نحو المستقبل الذي نحلم به جميعا.

ونُشر هذا البحث في مجلة Physical Review Letters.

المصدر: ساينس ألرت