我们大多数人在成长过程中都熟悉限制信息在真空中传播速度的现行法则:光速,最高可达每秒 300,000 公里(186,000 英里)。
虽然光子本身不太可能突破这个速度限制,但光的某些特性并不遵循相同的规则。
操纵它们不会加速我们前往恒星的能力,但它们可以帮助我们为全新的激光技术扫清道路。
美国物理学家已经证明,在某些条件下,由光子群组成的波可以比光移动得更快。
一段时间以来,研究人员一直在努力研究光脉冲的速度极限,使用各种材料加速甚至减慢它们直至几乎静止冷原子气体,折射晶体, 和光纤。
但令人印象深刻的是,去年,来自加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室和纽约罗切斯特大学的研究人员在热带电粒子群中对其进行了管理,将等离子体中光波的速度微调到光速的十分之一左右。通常真空速度超过 30%快点。
这比听起来更令人印象深刻,也比听起来更令人印象深刻。
让那些希望它能带我们飞去的人心碎半人马座旁边回到喝茶的时间,这种超光速旅行完全符合物理定律。对不起。
光子的速度被称为电磁场的电场和磁场的编织锁定在适当的位置。这是无法回避的,但窄频率内的光子脉冲也会以产生规则波的方式相互碰撞。
整组光波有节奏地上升和下降穿过物体的速度描述为群速度,这种“波的波”可以根据周围的电磁条件进行调整以减慢或加速。
通过用激光从氢和氦离子流中剥离电子,研究人员能够改变第二个光源发送通过它们的光脉冲的群速度,通过调整气体的比例和迫使脉冲的特征改变形状。
总体效果是由于等离子体场的折射和用于剥离等离子体的主激光的偏振光造成的。个体光波仍然以平常的速度前进,尽管它们的集体舞蹈似乎在加速。
从理论角度来看,该实验有助于充实等离子体物理学,并对当前模型的准确性提出新的限制。
实际上,这对于那些等待线索来克服阻碍其变为现实的障碍的先进技术来说是个好消息。
激光将是这里的大赢家,尤其是极其强大的品种。老式激光器依赖于固态光学材料,随着能量的增加,固态光学材料往往会被损坏。使用等离子体流放大或改变光特性可以解决这个问题,但为了充分利用它,我们确实需要对其电磁特性进行建模。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室热衷于了解等离子体的光学性质,这并非巧合,该实验室是世界上一些最先进的等离子体实验室的所在地。令人印象深刻的激光技术。
更强大的激光器正是我们众多应用所需要的,从加速粒子加速器改善清洁聚变技术。
它可能不会帮助我们更快地穿越太空,但正是这些发现将加速我们走向我们都梦想的未来。
这项研究发表于物理评论快报。
本文的一个版本于 2021 年 5 月首次发布。