فیزیک‌دانان به‌کمک پالس‌های درون پلاسما محدودیت سرعت نور را شکستند

پژوهشگران آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در کالیفرنیا و دانشگاه روچستر در نیویورک در کمال تعجب توانستند با شکافتن تعداد زیادی از ذرات باردار در سامانه‌ای با دمای زیاد، سرعت امواج نور را در داخل پلاسما تا ۳۰ درصد افزایش دهند.  فوتون، ذره کوانتومی تابش الکترومغناطیسی یا همان نور، با عبور از خلأ کیهانی با سرعت سیصد کیلومتربرثانیه محدودیتی در سرعت اجرام دیگر به‌وجود می‌آورد. این یعنی هیچ جرمی با سرعت بیشتر از سرعت نور نمی‌تواند در خلأ حرکت کند.

قانون محدودیت سرعت برای اجرام احتمالا هیچ‌وقت نقض نشود؛ اما در فیزیک کوانتوم قوانین بازی همیشه ما را متعجب می‌کند. در این مرحله از فیزیک، از هیچ‌چیز اطمینان ندارید و تقریبا تمامی قوانین کلاسیک یکی پس از دیگری از کارایی می‌افتند و راه را برای عجیب‌ترین حقایق دنیای کوانتوم هموار می‌کنند. نیلز بور درباره فیزیک کوانتوم می‌گوید: «اگر با مطالعه فیزیک کوانتوم گیج نشده‌اید، پس واقعا آن را نفهمیده‌اید.»

بازی با ویژگی‌های کوانتومی نور ما را به‌سرعت به سیاره دیگر نمی‌رساند؛ اما برای تکنولوژی اپتیک و لیزر کمک‌ بزرگی خواهد بود. فیزیک‌دانان مدتی است که سرعت محدود پالس‌های نور را به چالش می‌کشند. آن‌ها با استفاده از روش‌های مختلف مانند استفاده از گاز‌های سرد اتمی و مواد دارای خاصیت دوشکستی و فیبر نوری سعی می‌کنند بر محدودیت سرعت پالس‌های نوری غلبه کنند تا این ویژگی را به‌نفع بشر استفاده کنند.

برای کسانی که فکر می‌کنند روزی خواهد رسید تعطیلات آخر هفته را با سرعت ورای سرعت نور به قنطورس سفر کنند، باید بگوییم نباید امیدوار باشند. قوانین فیزیک محدودیت‌هایی برای جاندارانی با ابعاد مکانیکی مانند انسان‌ها دارد و این محدودیت‌ها تا امروز از بین نرفته‌اند. دور از انتظار است که بتوانیم با سرعت نور یا حتی نزدیک به سرعت نور سفر کنیم؛ ولی می‌توانیم از ویژگی خاص ذرات پلاسمایی به‌نفع خود استفاده کنیم که با سرعت بیشتر از نور می‌توانند سفر کنند؛ اما چگونه؟

فوتون می‌تواند در نقش حامل نیرو نیز عمل کند. در این حین، پالس‌های نور می‌تواند امواج ساده‌ و منظمی از خود منتشر کند. بالا‌و‌پایین‌رفتن گروه‌های امواج نوری با آهنگ یکنواخت در فیزیک با عنوان «سرعت گروه» شناخته می‌شود. بسته به شرایط الکترومغناطیسی اطراف موج می‌توان سرعت گروه را افزایش یا کاهش داد.

پژوهشگران با استفاده از لیزر، الکترون‌ها را از اتم‌های هیدروژن و هلیم دور کردند و توانستند سرعت گروه پالس‌های نوری را با استفاده از منبع دوم نور تغییر دهند. آنان با تنظیم و دست‌کاری ویژگی‌های پالس توانستند سرعت را کم یا بیشتر کنند. این اتفاق به‌دلیل نور قطبی‌شده و انکسار میدان‌ پلاسما افتاده است؛ وگرنه سرعت ذرات نور انفرادی تغییر نمی‌کند؛ حتی اگر بتوان سرعت گروهی آن‌ها را افزایش داد.

این آزمایش به پژوهشگران فیزیک پلاسما و کوانتوم کمک می‌کند تا محدودیت‌های جدید را بشناسند و بر اساس این محدودیت‌ها، دقت را در مدل‌های آزمایشی افزایش دهند‌. به‌طور‌کلی، این خبری خوش برای مهندسان است تا برای دورزدن این محدودیت‌ها دست به کار شوند.

آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور میزبان بهترین تکنولوژی‌های لیزری دنیا است و تصادفی نیست مشتاقانه به‌دنبال درک ماهیت نوری است؛ زیرا دست‌یافتن به این تکنولوژی می‌تواند روش زندگی انسان را به‌کلی دگرگون سازد.

دنیای امروزی، دنیای بسیار عجیبی است. روزانه انسان با اخبارهای گوناگون رو‌به‌رو می‌شود که هریک از کشفیات شگفت‌انگیز و تکنولوژی‌های به‌روز خبر می‌دهد. در آینده‌ای نه‌چندان دور، تغییر و تحولات بزرگی در زندگی انسان به‌وجود خواهد آمد و کشفیات و اختراعات امروزی ما را بیشتر به آینده‌ای نزدیک می‌کند که اجدادمان برایمان متصور شده بودند.

نتایج پژوهش جدید در نشریه‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر شده است.