Скорость света – конечная величина, но на сегодня недостижимая для частиц материи, которые отличаются от фотонов. В вакууме эта скорость составляет 300 тысяч километров в секунду, но в других веществах (воде, стекле, газе) фотоны замедляют скорость. Знакомые с этим фактом, физики используют природу света и подстраивают ее так, как им нужно.
В 1999 году исследователи замедлили скорость света до 17 километров в секунду, что в то время являлось рекордом. В 2003 году эти же ученые обновили свой же рекорд и остановили свет на доли секунды. В начале 2013 года физиками увеличено время задержки света до 16 секунд, и помогло добиться этого охлаждение атомов газа.
На сегодня перекрыты все рекорды в сфере остановки света. Поток фотонов сумели задержать на целую минуту. За это время он может двадцать раз достичь Луны и вернуться назад. Ученые Дармштадского университета провели эксперимент с двумя лазерами и кристаллом, имеющим регулируемую прозрачность. Примененная ними технология называется электромагнитно-индуциированная прозрачность.
Георг Хайнце и его коллеги применили в ходе эксперимента непрозрачный (абсолютно не пропускающий свет) кристалл. Кристалл охлаждали до низкой температуры и направляли на него лазерный луч. Лазер перевел атомы кристалла в квантовую суперпозицию, после этого кристалл стал прозрачным для определенных частот света. Затем на кристалл был направлен луч другого лазера, подходящий по частоте, который прошел через грань и попал внутрь, «выключив» первый лазер и вернув кристалл в непрозрачное состояние.
Время, проведенное светом «взаперти», имеет зависимость от квантовой суперпозиции кристалла. Увеличивается длительность задержки магнитным полем, но конфигурация лазера в этом случае контролируется сложнее. Хайнце с командой перепробовали различные комбинации лазеров и магнитов, пока не достигли нужного результата. Для доказательства работоспособности технологии, физиками сохранено и воспроизведено изображение трех горизонтальных полос. «Так мы наглядно демонстрируем, что сложная информация, как изображение, может быть запечатлено при помощи нашей методики», — говорит Хайнце.
Успех немецких физиков становится важным не только для фундаментальной науки. Эта технология поможет создать квантовый повторитель – устройство, которое передает сигналы из кабеля в кабель без маршрутизации и фильтрации пакетов. Квантовый повторитель способен останавливать и вновь пропускать фотоны, что нужно для квантовых сетей, которые простираются по всему миру на большие расстояния. Для прогрессирования технологии, эксперимент необходимо повторить, но уже с использованием другого вещества, поскольку у материала, который использовался, это граничный предел возможностей.
Результаты эксперимента и его потенциальные практические применения, немецкими физиками изложены в статье, вышедшей в журнале Physical Review Letters. Скорость светового потока сильно варьируется, вплоть до «замораживания». Были случаи, когда скорость светового потока достигала отрицательной отметки. В 2006 году такое необычное свойство придали свету физики из университета Рочестера. Отрицательная скорость – это поворот светового потока, при помощи соответствующих материалов, вспять. Но это не так просто: при этом «горб» светового импульса возвращается. На выходном конце, до того как свет войдет в оптоволокно, зарождается пик-близнец, успевающий вернуться и «аннулировать» пик сигнала, который только входит, результатом чего скорость становится отрицательной.