Fizicienii au surprins găurile de lumină care sfidează limitele vitezei

Pentru prima dată în istorie, oamenii de știință au observat un fenomen uimitor: găurile din lumină, cunoscute sub numele de singularități de fază sau vortexuri optice, se pot mișca mai repede decât lumina însăși. Această descoperire, realizată prin utilizarea unor tehnici avansate de microscopie electronică, aruncă o nouă lumină asupra modului în care lumina interacționează cu materia și deschide noi orizonturi în domeniul fizicii.

Echipa de cercetători, condusă de fizicianul Ido Kaminer de la Institutul de Tehnologie Technion din Israel, a reușit să surprindă aceste vortexuri optice în acțiune, confirmând o predicție teoretică veche de decenii. Important de reținut este faptul că acest fenomen nu încalcă teoria relativității a lui Albert Einstein, care stipulează că nimic nu poate depăși viteza luminii. Vortexurile optice nu transportă masă, energie sau informație, ci se mișcă datorită geometriei undelor de lumină.

Cum funcționează „găurile” de lumină

Deși lumina pare omogenă pentru ochiul liber, aceasta prezintă procese complexe, uneori greu de observat. Un vortex optic se formează atunci când unda luminoasă se răsucește, similar unui tirbușon. În centrul acestei răsuciri, lumina se anulează, creând un punct de intensitate zero, sau o „gaură întunecată” în lumină.

Cercetătorii au înregistrat comportamentul acestor vortexuri optice într-un material bidimensional numit nitrură de bor hexagonală. Acest material permite propagarea unor unde de lumină neobișnuite, numite fononi-polaritoni, care se mișcă mai lent decât lumina. Datorită acestui lucru, ei au putut urmări mișcarea vortexurilor în detalii uimitoare.

Microscopia electronică, cheia succesului

Pentru a observa acest fenomen incredibil, echipa a folosit un microscop electronic specializat, capabil să înregistreze evenimente care se petrec la o scară de timp extrem de mică, de ordinul a câtorva cvadrilioane de secundă. Această tehnică le-a permis să observe cum vortexurile optice se apropie și se anihilează reciproc, depășind viteza luminii în acest proces.

„Descoperirea dezvăluie legi universale ale naturii împărtășite de toate tipurile de unde, de la undele sonore și fluxurile de fluide până la sisteme complexe precum supraconductorii”, explică Ido Kaminer. Următorul pas pentru cercetători este extinderea acestei tehnici la dimensiuni superioare, pentru a studia comportamente și mai complexe. Această metodă ar putea, totodată, să ajute la depășirea limitărilor actuale ale microscopiei electronice.

Studiul, care a fost publicat în revista Nature, deschide noi perspective în diverse domenii, de la fizica fundamentală la tehnologie. Echipa de cercetători speră ca aceste tehnici inovatoare de microscopie să permită studiul proceselor ascunse din fizică, chimie și biologie, oferind o nouă înțelegere a modului în care natura funcționează la cele mai rapide și evazive momente ale sale.

Sursa: Descopera