Οπτική: Θεωρητική μελέτη ερευνητών δείχνει ότι το φως σταματά σε εξαίρετα-ιδιαίτερα σημεία

«Δείχνουμε ότι το ελεγχόμενο πλήρες σταμάτημα ενός φωτεινού παλμού είναι δυνατό σε έναν κυματοδηγό με συμμετρία πάριτυ-χρόνου (PT-symmetry), που χαρακτηρίζεται από την ακριβή εξισορρόπηση απώλειας/κέρδους», αναφέρει η προ-δημοσιευμένη μελέτη των Tamar Goldzak και Nimrod Moiseyev, από το Ισραηλινό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Χάιφα, και Alexei A. Mailybaev, από το Εθνικό Ινστιτούτο Καθαρών και Εφαρμοσμένων Μαθηματικών στο Ρίο ντε Τζανέιρο, στη Βραζιλία.

Περίπου πριν από είκοσι χρόνια το φως επιβραδύνθηκε σε λιγότερο από το 10^-7 της ταχύτητάς του στο κενό σε ένα νέφος υπέρψυχρων ατόμων νατρίου. Η ηλεκτρομαγνητικά επαγόμενη διαφάνεια και άλλες τεχνικές για τον έλεγχο των αλληλεπιδράσεων ατόμου-φωτός, που αναπτύχθηκαν τις τελευταίες δεκαετίες επέδρασαν δραματικά στη μορφή της διάδοσης του φωτός, για παράδειγμα, με τη μείωση της ταχύτητας ομάδας σε μόλις μερικά μέτρα το δευτερόλεπτο. Η απενεργοποίηση του πεδίου ελέγχου, εξαλείφει την οπτική ενέργεια, όμως αποθηκεύει μια υπογραφή του αργού φωτεινού παλμού σε ένα ατομικό σύστημα. Στη διαδικασία αυτή, το φως επιβραδύνεται με την απορρόφησή του και την αποθήκευση του σχήματός του μέσα στο ατομικό σύνολο.

Εναλλακτικά, με δυο αντίθετα διαδιδόμενα πεδία ελέγχου μπορεί κάποιος να διατηρήσει ορισμένη οπτική ενέργεια κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης, στη μορφή που θυμίζει στάσιμο κύμα. Ωστόσο, ο μηχανισμός συντονισμού αυτού του φαινομένου θέτει ουσιαστικούς περιορισμούς στις λειτουργικές συχνότητες και το εύρος του σήματος. Ένας άλλος μηχανισμός σταματήματος (ανάσχεσης της διάδοσης) του φωτός προτάθηκε στους φωτονικούς κρυστάλλους (υλικά με περιοδικές διηλεκτρικές σταθερές) στη φωτονική ζώνη των άκρων.

Στην εργασία τους, όπως σημειώνουν οι ερευνητές, αποκαλύπτουν τη σχέση του φαινομένου του σταματημένου φωτός με το φαινόμενο του εξαίρετου-ιδιαίτερου σημείου (exceptional point – EP). Αυτό το φαινόμενο χαρακτηρίζει ένα σύστημα στο οποίο οι δυο διαδιδόμενοι τύποι συνενώνονται και στις συχνότητές τους και στα ιδιοδιανύσματα. Η εμφάνιση EP είναι δυνατή σε ορισμένα συστήματα (μη-ερμιτιανά) και πυροδοτεί έναν αριθμό από συναρπαστικά φαινόμενα που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα σε διάφορες περιοχές της φυσικής.

Με τη μελέτη τους οι ερευνητές δείχνουν ότι η ταχύτητα ομάδας εξαφανίζεται, δηλαδή ο φωτεινός παλμός σταματά πλήρως, αν ο κυματαγωγός σχεδιαστεί ακριβώς στο EP. Το αποτέλεσμα αυτό, αναφέρουν ο ερευνητές, ανοίγει εννοιολογικά νέες δυνατότητες για σχεδίαση συσκευών αργού φωτός, που αξιοποιούν γενικές ιδιότητες του EP και έτσι, μπορούν να προσφέρουν πολύ μεγαλύτερη ελευθερία για τεχνολογική εφαρμογή και λειτουργική ικανότητα. Στην εργασία τους οι ερευνητές με τον μηχανισμό EP που περιγράφεται, επέκτειναν το φαινόμενο του σταματημένου φωτός σε ένα νέο πεδίο των συστημάτων με συμμετρία PT (parity-time).

video: Για την αντίληψη της ταχύτητας ομάδας και της ταχύτητας φάσης και από αυτήν μπορείτε να μεταβείτε στην περίπτωση 2, όπου η ταχύτητα ομάδας είναι μηδέν, αλλά και σε άλλες περιπτώσεις που θα δείτε να εμφανίζονται.