| | 3 апреля 2016 | Новости науки и техники
Ученые определили, насколько медленнее скорости света движутся «закрученные» лучи
Мы уже неоднократно рассказывали нашим читателям о необычных лучах света, поляризация которых закручена подобно спирали штопора. Такие лучи позволяю реализовать новые методы модуляции оптического сигнала, при помощи которых одним лучом можно передавать гораздо большее количество информации, нежели обычным лучом с линейной поляризацией. И эта особенность делает лучи «закрученного» света перспективными кандидатами на их использование в области коммуникаций и квантовых вычислений. Однако, проводя исследования, в которых использовался «закрученный» свет, ученые из университета Оттавы (University of Ottawa) заметили, что такие лучи распространяются медленнее, чем значение константы с (скорость света в вакууме), определенной в рамках теории относительности Альберта Эйнштейна.
Эбрахим Карими (Ebrahim Karimi) и Фредерик Бушар (Frederic Bouchard), ученые из университета Оттавы, экспериментировали с коммуникационной установкой, в которой использовались лучи обычного лазерного света и «закрученные» лучи, на срезе которых были созданы 10 «завихрений». «Результаты экспериментов указывали на присутствие некоторых нестыковок и немного позже мы догадались, что сверхкороткие импульсы света двух разных видов, выпущенные в один момент времени, достигают поверхности датчика в небольшой задержкой друг относительно друга» — рассказывает Эбрахим Карими, — «Закрученный свет оказался медленнее обычного света, и мы быстро нашли объяснение этому факту. Оказывается, что закрученный свет движется не по прямой и, преодолевая определенное расстояние, он проходит чуть больший путь, нежели луч обычного света».
Поняв природу возникновения задержки, ученые приступили к измерению значения этой задержки, которая оказалась равна в их случае десятым частям фемтосекунды (одной квадриллионной доли секунды). В определении значения задержки им помогли ученые-физики, специализирующиеся в области нелинейной оптики, которые предложили использовать для этого метод FROG (frequency-resolved optical gating), обычно применяемый для измерений длительности сверхкоротких импульсов лазерного света.
Используя метод FROG, ученые сравнили скорость распространения обычных лучей света и закрученных лучей. Более того, они выяснили, что увеличение количества «завихрений» замедляет скорость распространения света. С максимальным количеством завихрений, которые способна создать их лабораторная установка, задержка между импульсом обычного и закрученного света составила целых 23 фемтосекунды.
«В области квантовых вычислений и коммуникаций ученые никогда не использовали измерения методом FROG, поэтому они и не подозревали о существовании задержек и о том, что закрученный свет распространяется медленнее обычного света» — рассказывает Эбрахим Карими.
В результате проведенных экспериментов ученые выяснили, что 10-кратно закрученные импульсы света движутся в вакууме на 0.1 процента медленнее, чем импульсы обычного света. Это означает, что скорость их движения равна 299 792 458 метра в секунду, и это является первым разом в истории науки, когда ученые продемонстрировали, что вмешательство в структуру луча света может оказать влияние на его скорость. Взяв за основу идею вмешательства в структуру луча света, ученые рассчитали крайне экзотический вариант, при котором импульс «необычного» света должен двигаться немного быстрее константы скорости света в вакууме. И в самом ближайшем времени они планируют создать установку, в которой будет реализован этот тип вмешательства в структуру света и при помощи технологии FROG измерить величину уже не задержки, а упреждения, которое с учетом длины пути света должно быть равно 1 фемтосекунде.