Не все фотоны в вакууме имеют одинаковую скорость

Британские физики сообщили о наблюдении фотонов, которые перемещаются в вакууме со скоростью, меньшей чем скорость света. О результатах своих экспериментов ученые сообщили в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте New Scientist.

Скорость света в вакууме является фундаментальной физической постоянной и равна примерно 300 тысячам километров в секунду. Однако скорость меньше, если свет распространяется в среде. С этим связано явление преломления света. Например, объект, помещенный в воду, из-за преломления кажется расположенным ближе к нам, чем есть на самом деле.

В своей работе ученые измеряли скорость распространения света в вакууме. Как отмечают ученые, в такой среде векторы напряженности электрического и магнитного полей в плоской волне колеблются перпендикулярно друг другу и направлению распространения волны, а поверхность, до которой дошли колебания, является плоскостью.

В более сложных случаях ситуация меняется. Ученые это продемонстрировали на примере лучей Гаусса и Бесселя. Например, в первом случае распределение напряженности электрического поля в поперечном сечении приближенно описывается функцией Гаусса. 

Физики следили за парой фотонов, полученных одновременно при помощи ультрафиолетового лазера. Один из них был обычным, а второй — таким, как в одном из лучей Гаусса или Бесселя. Оказалось, что расстояние в один метр второй фотон проходит, отставая на пару микрометров. Это означает, что его скорость меньше скорости света в вакууме примерно на одну тысячную процента.

По словам ученых, понятие инвариантности (неизменности или постоянности) скорости света применимо лишь для плоских волн. В случае, если волны имеют более сложную структуру, как продемонстрировали физики, возможны эффекты, понижающие скорость света.

 Исследователи пропустили фотоны — отдельные частицы света — через специальную маску. Это изменило их пространственное строение и замедлило скорость. Фотоны продолжили двигаться со скоростью ниже скорости света, даже когда они вернулись в безвоздушное пространство. Они отстали от неизмененных фотонов примерно на 20 длин световой волны – около 11 миллионных долей метра. "Мы считаем, что эффект может быть применим к любой волновой теории. Похожим способом можно замедлить, например, скорость распространения звуковых волн" — сказали ученые.

Причины, по которым наблюдаемая скорость была меньше скорости света, ученые хоть и связали со структурой волны, конкретно так и не назвали. По словам физиков, они проводили эксперименты только с фотонами, распространяющимися на расстояние в один метр. Ученые предположили, что эффект уменьшения скорости света проявляется только на малых расстояниях и его нет на больших.

http://www.irishtimes.com/news/science/many-hands-make-light-slow-down-permanently-1.2076129

http://www.bbc.com/news/uk-scotland-glasgow-west-30944584