новости науки и техники 

Ученые выяснили, что скорость света в вакууме является далеко не постоянной величиной

Известно, что свет не всегда движется со скоростью света, его скорость падает при движении в воде, стекле и в других прозрачных материалах. Но новые эксперименты, проведенные учеными из университета Рочестера (University of Rochester) и университета Глазго (University of Glasgow), демонстрируют то, что фокусировка лучей или вмешательство в структуру импульсов света позволяет уменьшить скорость распространения света даже в условиях вакуума.

Скорость света в вакууме, обозначаемая литерой "c", является одной из самых главных физических констант, на которой базируется большая часть современной физики, включая и теорию относительности Эйнштейна. В прошлое время множество усилий было направлено на измерение точного значения скорости света, но сейчас достоверно известно, что скорость света в вакууме равна 299 792 458 метров в секунду. И даже длина нынешнего эталона расстояния, метра, была определена с использованием значения скорости света.

Но новые экспериментальные данные указывают на то, что скорость света в вакууме не может считаться константой. Значение константы "c" после этого можно рассматривать только в качестве верхнего предела скорости распространения света.

Группа исследователей, возглавляемая Майлзом Пэдджеттом (Miles Padgett), ученым в области оптической физики из университета Глазго, продемонстрировала эффект замедления скорости света на примере двух фотонов, которые были идентичны друг другу, за исключением их структуры. Хотя этот эффект практически не заметен в повседневной жизни и не имеет существенного влияния на множество технологий, его наличие выдвигает на первый план ранее неизвестные фундаментальные тонкости поведения света.

Демонстрация эффекта замедления скорости света была проведена при помощи оптического устройства, синхронно излучающего пары фотонов. Один из фотонов был направлен в оптическое волокно, а второй пропускался через несколько оптических устройств, которые производили изменения его волновой структуры. Оптическое волокно выполняло роль линии задержки для первого фотона, а его длина была такой, что вышедший из него фотон снова двигался рядом с фотоном, претерпевшим структурные изменения.

Если бы волновая структура фотона не влияла бы на скорость его движения в вакууме, то оба фотона поразили поверхность специального быстродействующего светочувствительного датчика в один и тот же момент времени. Но, проведенные измерения показали, что фотон света, претерпевший структурные изменения, отстал от оригинального фотона на несколько микрометров на одном метре дистанции.

"Я не удивлен тем, что данный эффект существует" - рассказывает Роберт Бойд (Robert Boyd), ученый-физик из университета Рочестера, - "Удивительно то, что этот эффект является настолько сильным и его никто не заметил до этого времени".

"Полученные нами результаты не затронут областей науки и техники, в которых используется постоянный свет от лазеров или других источников" - рассказывает Майлз Пэдджетт, - "Но вот физики, которые в своей работе используют сверхкороткие импульсы, будут вынуждены учитывать вероятность изменения скорости света в своих исследованиях".

Созданы сверхточные атомные часы, ошибающиеся менее чем на секунду за все время существования Вселенной

Группа исследователей из Лаборатории квантовой метрологии Центра передовой фотоники института RIKEN, Япония, возглавляемая доктором Хидетоши Катори (Dr Hidetoshi Katori), создала новые атомные часы, точность которых позволяет им претендовать на звание нового эталона отсчета времени. Эти часы, в 1000 раз боле точные, чем любые другие существующие атомные часы, ошибутся всего на одну секунду за 16 миллиардов лет, а это, в свою очередь, означает, что за все время существования Вселенной, которое, как считают ученые, составляет около 14 миллиардов лет, такие часы ошибутся менее чем на одну секунду.

Основу новых атомных часов составляет матрица из переохлажденных атомов стронция, заключенных в оптическую решетку, создаваемую лучами лазерного света. Структура решетки напоминает всем известный лоток для хранения яиц, в углублениях которого находятся атомы стронция, температура которых составляет -180 градусов по шкале Цельсия.

Величиной, использующейся для измерения временных интервалов, является частота света, поглощаемая атомами стронция. Здесь следует отметить, что такой метод измерения далеко не нов, но все подобные часы, созданные ранее на основе такого принципа, проигрывали по точности обычным цезиевым часам, в которых используются колебания электронов атомов цезия, переходящих с одного энергетического уровня на другой и излучающих при этом кванты микроволнового излучения.

Группа доктора Катори в течение нескольких лет производила поиски методов, направленных на улучшение точности стронциевых атомных часов. И, в конце концов, им удалось найти оптимальную комбинацию длины волны света лазера, температуры окружающей среды и размерности решетки атомов, которая обеспечила беспрецедентную на сегодняшний день точность отсчета промежутков времени. Более того, в ходе эксперимента, длившегося один месяц, путем сравнения отсчета новых часов с отсчетом одних из существующих атомных часов, были подтверждены их точностные показатели.

"Если нам удастся миниатюризировать разработанную нами технологию, то мы сможем создать мобильные высокоточные атомные часы, чувствительности которых будет достаточно для измерения даже самых маленьких изменений сил гравитации" - рассказывает доктор Хидетоши Катори, - "Это, в свою очередь, может быть использовано для регистраций и предсказаний землетрясений, для поиска подземных залежей полезных ископаемых, для увеличения точности работы систем спутниковой навигации и многого другого".

"Также мы надеемся на то, что в недалеком будущем будет пересмотрен международный эталон секунды. Новый стандарт, основанный на использовании оптическо-атомной решетки, будет более строгим и более точным, нежели любой из существующих ныне эталонов времени".