Увеличение времени прохождения света в среде

     Основные области применения замедленного света:
1. Улучшение передачи данных в оптической связи за счёт уменьшения искажений сигнала и улучшения качества сигнала.
2. Оптические переключатели в фотонных кристаллах
3. Контроль задержек в оптических сетях, обеспечение более упорядоченного потока трафика.
4. Создание интерферометров, более чувствительных к сдвигу частоты, чем обычные интерферометры.
5. Оптическая квантовая память.
     В заметке рассмотрены лишь некоторые наиболее известные методы замедления света в эфире и средах. 

1. Уменьшение скорости света в эфире

     Речь пойдёт о свете (фотонах) именно в эфире, а не в вакууме. Потому что стыдливо ложная выдумка квантофизиков  «вакуум» – это далеко не то же самое. Эфир – есть однородная фундаментальная для вещества среда, состоящая из амеров – нейтральных элементарных частиц.  В нём, в частности, нет неизвестно откуда появляющихся электронно-позитронных пар и тому подобных чудес. Замедленные фотоны после выхода из среды сохраняют свою новую скорость в безвоздушном пространстве. Не замедлявшиеся фотоны  восстанавливают свою скорость до стандартного значения с. Аналогично ведут себя и пучки света.
     Для изменения скорости фотонов в эфире необходимо изменять как-то их структуру. Скажем путём пропускания  через специально созданную матрицу. Учёные из двух университетов в Шотландии  (Глазго и Хэрриот-Уатт) смогли замедлить свет, проходящий сквозь безвоздушное пространство [1]. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Express.
     А вот что сообщает газета The Irish Times: достигнуто отставание от неизменённых фотонов примерно на 20 длин световой волны (около 11 миллионных долей метра).

2. Увеличение времени прохождения света сквозь среду

     Рассмотрим четыре метода: поглощения/излучения, самоиндуцирование, метод бозе-эйнштейновского конденсата, метод  увеличения проходимого пути.

2.1.  Метод поглощения/излучения
     Теоретический предел метода – несколько метров в секунду [1]. Распространение света в среде зависит от диэлектрических и магнитных свойств среды и, с точки зрения квантовой физики, состоит из двух последовательных процессов: возбуждение атомов среды поглощением фотонов и переизлучение фотонов атомами. На это требуется время, что и приводит к уменьшению скорости распространения света в прозрачной среде. Сильное замедление прохождения света (~ 17 м/сек) достигнуто в сверх охлаждённой среде из атомов натрия в состоянии Бозе-Эйнштейновского квантового конденсата.

2.2.  Метод самоиндуцирования прозрачности
     Это один из эффектов нелинейной оптики, оптики мощных световых полей. Он заключается в том, что очень короткий и мощный световой импульс, проходя через непрозрачную  среду, делает её прозрачной.  Самоиндуцированная прозрачность наблюдается в разреженных газах при длительностях импульса порядка 10-7-10-8 с (в конденсированных средах  менее 10-11 c).
При этом групповая скорость импульса сильно уменьшается. В 1970 году в парах рубидия были получены задержки, соответствующие скоростям импульса, на три порядка меньшим скорости света в эфире . Впервые этот эффект был продемонстрирован Мак-Коллом и Ханом в 1967 году на рубине при температуре 4 К.

2.3. Метод бозе-эйнштейновского конденсата
     Его осуществили в 1999 году: Лен Вестергард Хэу, Захари Даттон, Сайрус Берузи (Роуландовский институт) и Стив Харрис (Стэнфордский университет). Они охладили плотное, удерживаемое магнитным полем облако атомов натрия до перехода их в основное состояние – на уровень с наименьшей энергией. При этом выделили только те атомы, у которых магнитный дипольный момент был направлен противоположно направлению магнитного поля, а затем  охладили облако до температуры менее 435 нанокельвинов (0,000000435 К). Почти до абсолютного нуля.
     После этого конденсат осветили  линейно поляризованным  лазерным светом с частотой, соответствующей энергии его слабого возбуждения. Атомы перешли на более высокий энергетический уровень и перестали поглощать свет. В результате конденсат стал прозрачным для идущего следом импульса лазерного излучения, замедляя его более чем на семь порядков – в 20 миллионов раз. Скорость импульса замедлилась до 17 м/с, длина же при этом уменьшилась в несколько раз, до 43 микрометров.
     Исследователи считают, что, избежав лазерного нагрева конденсата, им удастся еще сильнее замедлить свет, возможно, до скорости нескольких сантиметров в секунду. Система с такой необычной характеристикой позволит исследовать квантово-оптические свойства вещества, а также создавать различные устройства для квантовых компьютеров будущего. К примеру,  однофотонных  переключателей.
Примечание. Если скорости волн импульса не зависят от частоты, импульс распространяется без искажения. В противном случае форма импульса при распространении меняется . При этом простое понятие скорости импульса приходится заменять рядом других понятий – скорость фронта, время распространения сигнала, передачи энергии и т.п.
Если в течение какого-то интервала времени форма импульса сохраняется, можно говорить о перемещении огибающей этой группы волн – групповой скорости. Она может быть как больше фазовой скорости, так и меньше неё. Быть равна нулю или даже иметь отрицательный знак – импульс растягивается в сторону, противоположную движению импульса.

2.4. Метод  увеличения проходимого пути
     Исследователи из Университета Гуанси и Китайской академии наук создали новый материал – метаповерхность  особого рода. Синтетическая  двумерная структура со свойствами, не похожими на свойства ни одной из существующих природных структур. была изготовлены из очень тонких слоёв кремния. Время прохождения света сквозь среду увеличилось более чем в 10 000 раз, а потери – более чем в пять раз.
     Ключевым моментом в новом подходе явился способ расположения мельчайших строительных блоков метаповерхности, известных как мета-атомы. Они были расположены так близко,  что слились друг с другом.

Два  комментария
 Dolios 14 фев в 03:37  Александр Чирцов в одной из своих лекций сказал, что свет, это не частица и не волна, это некое явление природы, которое мы хотим смоделировать. Для этого мы используем в разных ситуациях волновые или дельта функции, вот и все, в этом весь дуализм, которого, на самом деле, нет. //Свет, считаю, строго частицами и ни в какой дуализм не верю.
punhin 27 фев в 21:10   Помню у Фейнмана историю про то, как исследовался механизм преломления и отражения света стеклом: фронтальная поверхность отражает обратно 9% попавших на неё фотонов, остальные проходят дальше, и на следующей поверхности, на выходе из стекла, происходит такое же отражение 9% достигших её фотонов. 

Заключение
 
1. Безмассовая частица, обречённая двигаться непременно с эталонной скоростью, полетела вдруг с несколько меньшей скоростью. Это, я бы сказал, – сенсация. И потому надо убедиться в этом ещё не раз.
2. Наиболее адекватная модель фотона  даётся эфиродинамикой, где фотон есть сложная система вихревых тороидов. 
3. Сохранение фотоном пониженной скорости говорит об устойчивости новой структуры и, возможно, о каких-то нюансах в его физических взаимодействиях. Слово за экспериментаторами.

Источники информации

1. Ауслендер Дмитрий. Ученые безвозвратно замедлили скорость света.
     (23.01.2015).
                Опубликовано: 04.07.2024