Ακριβής έλεγχος επί της ταχύτητας του φωτός σε πλάσμα χρησιμοποιώντας μίξη οπτικών κυμάτων

Το φως έχει ένα αυστηρό όριο ταχύτητας, αλλά κάτω από ορισμένες συνθήκες, αυτό το σύνορο μπορεί να σπάσει για μεμονωμένους παλμούς φωτός. Μέχρι τώρα, το φως γίνεται να ταξιδεύει πάνω από το όριο της ταχύτητάς του σε μέσα στα οποία περιλαμβάνονται ατομικά αέρια και οπτικές ίνες. Ο Clément Goyon, από το LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory), στην Καλιφόρνια, και οι συνεργάτες του δείχνουν τώρα πώς να ρυθμίζεται η ταχύτητα του φωτός σε ακουστικό κύμα ιόντων σε πλήρως ιονισμένο πλάσμα, δημιουργώντας μια τάξη μεγέθους αλλαγή της ταχύτητας του φωτός. Η επίδειξη θα μπορούσε να βοηθήσει να βελτιωθεί ο έλεγχος σε πειράματα σύντηξης αδρανειακού περιορισμού και θα μπορούσε να οδηγήσει σε οπτικά βασισμένα στο πλάσμα για λέιζερ υψηλής ισχύος.

Η ταχύτητα στην οποία παλμοί φωτός περνούν μέσα από ένα υλικό μπορούν να διαφέρουν πολύ από την ταχύτητα c με την οποία το φως ταξιδεύει στο κενό. Αυτή η ταχύτητα, που ονομάζεται ταχύτητα ομάδας, μπορεί να είναι τόσο μεγαλύτερη όσο και μικρότερη από ότι η c και χειρίζεται το πώς απλώνεται και παραμορφώνεται το σχήμα του παλμού του φωτός καθώς κινείται μέσω του υλικού.

Για την επίδειξή τους, ο Goyon και οι συνεργάτες του δημιούργησαν πρώτα πλάσμα υδρογόνου-ηλίου ιονίζοντας έναν πίδακα του αερίου με πολωμένη δέσμη λέιζερ. Στη συνέχεια στόχευσαν με μια δεύτερη δέσμη λέιζερ το πλάσμα. Όπου οι διαδρομές των δύο δεσμών διασταυρώνονταν, η οριζόντια συνιστώσα του δεύτερου παλμού λέιζερ επιβράδυνε ως απόκριση σε μια αλλαγή του δείκτη διάθλασης του πλάσματος. Η επιβράδυνση αυτή πρόκυπτε από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δύο λέιζερ και του πλάσματος.

Μετρώντας τη χρονο-καθυστέρηση μεταξύ των συνιστωσών, οριζόντιας και κάθετης, του δεύτερου παλμού λέιζερ, η ομάδα παρατήρησε ότι είχαν διαφορετικές ταχύτητες. Συντονίζοντας την διαφορά συχνοτήτων μεταξύ των δύο δεσμών, τα μέλη της ομάδας βρήκαν ότι θα μπορούσαν να ρυθμίσουν αυτή την ταχύτητα από 0,995c στο μεταξύ +0,12c και -0,34c, που δείχνει ότι η κορυφή του παλμού ταξίδευε ταχύτερα από c.