Visiems žinoma taisyklė, kad niekas gamtoje negali judėti greičiau už šviesos greitį vakuume, yra vienas pagrindinių gamtos dėsnių. Iki šiol šviesos greičio riba buvo patikrinta informacijai, perduodamai didelės fotonų grupės. Fizikai pradėjo spėlioti, ar vienas fotonas ir jo perduodama informacija gali viršyti šviesos greitį. Naujame tyrime mokslininkai sukūrė vieną kontroliuojamos bangos formos fotoną ir parodė, kad atskiri fotonai taip pat neviršija šviesos greičio ribos.
Atskiro fotono greičio tyrimai
Fizikų grupė, vadovaujama Honkongo mokslo ir technologijos universiteto profesoriaus Shengwang Du, paskelbė savo darbą apie atskiro fotono didžiausią greitį žurnale „Physical Review Letters“. Šio eksperimento rezultatai rodo, kad vienas fotonas negali perduoti informacijos greičiu, didesniu už šviesos greitį.
„Pagrindinė mūsų darbo reikšmė yra ta, kad atlikto eksperimento rezultatai priartėja prie debatuose keliamo klausimo apie informacijos, kurį perneša atskiras fotonas, greitį, - pasakė Du. - Tai pagilina mūsų supratimą apie fotonų dualumą, kai fotonas vienu metu pasižymi banginėmis ir dalelinėmis savybėmis.“
Optinis pirmtakas ir bangų paketai
Siekdami atskirti optinį pirmtaką nuo likusios fotono dalies, mokslininkai sukūrė fotonų porą. Tada vienas iš fotonų buvo perleistas per šaltus rubidžio atomus, naudojant elektro-optinius moduliatorius fotono bangos pavidalui formuoti. Atomai pasižymėjo efektu, vadinamu elektromagnetiškai iššauktu skaidrumu. Tai leido mokslininkams atskirti atskiro fotono optinius pirmtakus nuo pagrindinio bangų paketo.
- Optinis pirmtakas: tai greičiausia sklindančio optinio impulso dalis.
- Pagrindinis bangų paketas: juda grupiniu greičiu, kuris gali būti mažesnis už šviesos greitį.
Mokslininkai atrado, kad atskiro fotono pirmtako bangos frontas visada juda šviesos greičiu. Tuo tarpu pagrindinis bangų paketas bet kokioje aplinkoje negali judėti greičiau už šviesos greitį.
🚀 1600 dronų ir raketų per vieną dieną! Didžiausia Rusijos ataka! Kijevas griuvėsiuose!
Fotonų prigimtis ir kvantinė elektrodinamika
Fotonas yra elektromagnetinio lauko kvantas, elementarioji dalelė, neturinti elektros krūvio ir rimties masės. Tai bozonas, kurio sukinys lygus vienetui. Visose atskaitos sistemose fotonas juda šviesos greičiu vakuume (c).
Kvantinėje elektrodinamikoje sąveika tarp dviejų dalelių, turinčių elektrinį krūvį, perduodama per virtualius fotonus. Viena iš teorijų teigia, kad fotonas materializuojasi taške, kur banga pasiekia minimumą, ir dematerializuojasi jai praėjus.
| Savybė | Aprašymas |
|---|---|
| Energija | E = pc = hf |
| Judėjimo kiekis | p = hf/c |
| Masė | m = E/c² |
Praktinis pritaikomumas
Gauti duomenys, kad atskiras fotonas negali judėti didesniu už šviesos greitį greičiu, gali turėti praktinį pritaikomumą, leisiantį geriau suprasti kvantinės informacijos perdavimą. Kadangi optinio pirmtako kylančio fronto amplitudė nepatiria nuostolių bet kokioje aplinkoje, tai optinis pirmtakas galėtų būti panaudotas optinėje komunikacijoje, pavyzdžiui, povandeninėse sistemose, nors šiuo metu tokia technologija dar nėra praktiška.