Fizicienii au observat pentru prima oară că găurile negre din lumină, cunoscute sub numele de singularități de fază sau vortexuri optice, se pot mișca mai repede decât lumina. Descoperirea, realizată cu ajutorul microscopiei electronice, deschide noi perspective în înțelegerea modului în care se comportă lumina și undele în general. Studiul a fost publicat în revista Nature.
Conform teoriei relativității, nimic nu poate călători mai repede decât viteza luminii. Totuși, acest lucru nu este încălcat de mișcarea vortexurilor optice. Acestea nu transportă masă, energie sau informații, ci se bazează pe geometria undei. Viteza lor este dată de modul în care se propagă în spațiu.
Ce sunt „găurile negre” din lumină
Un vortex optic se formează atunci când o undă de lumină se răsucește, asemenea unui tirbușon. În centrul acestei răsuciri, lumina se anulează, creând un punct de intensitate zero, o “gaură” întunecată în lumină. Oamenii de știință au prezis încă din anii ’70 că aceste vortexuri s-ar putea mișca mai repede decât viteza luminii.
A surprinde fenomenul în acțiune s-a dovedit dificil, din cauza dimensiunilor extrem de mici de spațiu și timp în care se produce. Echipele de cercetare au reușit însă să observe mișcarea găurilor de lumină cu ajutorul unui material bidimensional, nitrură de bor hexagonală. Acest material susține unde de lumină neobișnuite, numite fononi-polaritoni, care se mișcă mai lent decât lumina. Crearea acestor modele de interferență complexe a permis cercetătorilor să urmărească mișcarea vortexurilor în detaliu.
Microscopia electronică, cheia succesului
Pentru a observa dinamica vortexurilor optice, cercetătorii au folosit un microscop electronic specializat, cu o rezoluție spațială și temporală fără precedent. Aparatul a înregistrat evenimente care se petrec în doar 3 cvadrilioane de secundă.
Echipa de cercetători a urmărit vortexurile în timp ce se apropiau unul de celălalt și se anihilau, viteza lor depășind pe cea a 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”, a explicat fizicianul Ido Kaminer, de la Institutul de Tehnologie Technion din Israel.
Potrivit cercetătorilor, următorul pas este extinderea studiilor în dimensiuni superioare pentru a observa comportamente și mai complexe. Ido Kaminer a mai precizat că tehnicile de microscopie dezvoltate în cadrul studiului ar putea ajuta la depășirea limitărilor actuale ale tehnicilor de microscopie electronică.
