Làm chậm lại tốc độ của ánh sáng trong không khí – điều tưởng rằng không thể

Chùm ánh sáng (Shutterstock*)

Làm chậm tốc độ của các hạt ánh sáng, hay còn gọi là hạt photon, khi chúng di chuyển trong không khí từng được cho là không thể.

“Tốc độ không đổi của ánh sáng khi di chuyển trong không gian tự do là một nền tảng của vật lý hiện đại,” trong phần tóm tắt của nghiên cứu được xuất bản vào ngày 22 tháng 1 trên tạp chí Science. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Glasgow và Đại học Heriot-Watt đã làm chậm được tốc độ của hạt photon và khiến chúng chậm đi vài micromet so với photon bình thường di chuyển trong không gian có độ dài 1 mét.

Các nhà khoa học đã biết được rằng các hạt photon có thể di chuyển chậm hơn trong môi trường nước, thủy tinh, hay các vật liệu khác. Tuy vậy, làm chậm được tốc độ của những hạt photon tự do thì thật đáng ngạc nhiên. Khi nước hoặc thủy tinh làm chậm ánh sáng, nó chỉ làm chậm tốc độ của hạt photon khi chúng ở trong môi trường ấy, nhưng một khi ra khỏi môi trường trên, khi di chuyển trong không khí, ánh sáng lại trở về tốc độ ban đầu.

Tuy nhiên, trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã cho ánh sáng di chuyển xuyên qua một loại vật liệu đặc biệt, khiến ánh sáng giữ nguyên ở trạng thái tốc độ chậm hơn sau khi chúng di chuyển ra ngoài không khí. Những chùm tia sáng đã không quay trở lại tốc độ bình thường.

Loại vật liệu hay mặt nạ đặc biệt này là một thiết bị tinh thể lỏng được điều khiển bằng phần mềm máy tính.

“Loại mặt nạ này đã tạo khuôn mẫu đối với chùm ánh sáng, và chúng tôi cho thấy rằng tạo khuôn mẫu đối với chùm ánh sáng đã làm tốc độ của ánh sáng chậm đi,” Giáo sư Miles Padget thuộc trường Đại học Glasgow cho biết với đài BBC. “Nhưng một khi những khuôn mẫu này được áp dụng – kể cả bây giờ khi ánh sáng đã không còn ở trong mặt nạ nữa, nó vẫn lan truyền trong không gian tự do với một tốc độ chậm hơn.”

Vật lý lượng tử đã được vận dụng trong việc tạo khuôn mẫu này. Theo lý thuyết vật lý lượng tử, các hạt photon tồn tại dưới dạng lưỡng tính sóng hạt, tức là các hạt photon có thể tồn tại dưới dạng sóng hoặc dạng hạt. Các nhà nghiên cứu đã điều khiển hình dạng của chùm photon bằng loại mặt nạ này và do đó đã làm tốc độ của chúng chậm lại.

Theo một báo cáo tin tức của trường Đại học Glasgow, các nhà nghiên cứu thiết lập một dạng chạy đua giữa các hạt photon. Các hạt photon được tạo khuôn mẫu được chạy thi với các hạt không được tạo mẫu. Kết quả cho thấy các hạt được tạo khuôn mẫu đến đích chậm hơn khoảng 20 bước sóng trong cuộc đua một mét.