Fizicienii au observat pentru prima dată găuri de lumină care se mișcă mai repede decât lumina

O descoperire fascinantă zguduie lumea fizicii: cercetătorii au reușit să observe, pentru prima oară, cum găurile de lumină – cunoscute sub numele de singularități de fază sau vortexuri optice – pot depăși viteza luminii. Această performanță, un adevărat tur de forță științifică, nu contrazice teoria relativității, dar deschide noi căi de înțelegere a comportamentului luminii și a universului.

Studiul, publicat în revista Nature, a fost realizat de o echipă de cercetători de la Institutul de Tehnologie Technion din Israel, condusă de fizicianul Ido Kaminer. Aceștia au reușit să captureze mișcarea vortexurilor optice într-un material bidimensional, utilizând tehnici avansate de microscopie electronică.

Ce sunt vortexurile optice și de ce sunt speciale

Pentru a înțelege importanța acestei descoperiri, este esențial să definim ce înseamnă un vortex optic. Imaginați-vă lumina ca pe o undă, asemenea unei unde pe suprafața apei. Într-un vortex optic, această undă se răsucește, ca un tirbușon, creând un punct de intensitate zero în centrul acestei mișcări – o gaură întunecată în lumină.

Aceste vortexuri, deși par surprinzătoare, nu încalcă legile fizicii. Ele nu transportă masă, energie sau informație, ci se bazează pe geometria de undă. Conform calculelor matematice, două astfel de singularități se atrag, accelerând până la viteze aparent mai mari decât viteza luminii.

În cuvintele lui Kaminer, „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”.

Microscopia electronică: o cheie în descoperire

Marea provocare a fost capturarea acestui fenomen efemer, care are loc la scări extrem de mici de spațiu și timp. Echipa de cercetători a folosit un microscop electronic specializat, de mare viteză, capabil să înregistreze evenimente în doar 3 cvadrilioane de secundă. Această performanță tehnică a permis urmărirea vortexurilor în timp ce se mișcau, se apropiau unul de celălalt și se anihilau, depășind viteza luminii.

Pentru a realiza acest experiment, cercetătorii au utilizat nitrură de bor hexagonală, un material bidimensional care susține unde de lumină neobișnuite, numite fononi-polaritoni. Aceste unde se mișcă mult mai lent decât lumina singură, creând modele de interferență complexe care au permis urmărirea mișcării vortexurilor în detaliu.

Următorii pași și implicații

Echipa de cercetători își propune acum să extindă cercetările în dimensiuni superioare, pentru a observa comportamente și mai complexe ale vortexurilor. În plus, tehnica dezvoltată ar putea ajuta la depășirea limitărilor actuale ale microscopiei electronice, deschizând noi orizonturi în studiul proceselor la scară microscopică.

„Credem că aceste tehnici inovatoare de microscopie vor permite studiul proceselor ascunse din fizică, chimie și biologie, dezvăluind pentru prima dată modul în care natura se comportă în cele mai rapide și evazive momente ale sale”, a declarat Kaminer.