Vận tốc ánh sáng trong không gian có thể chậm lại

Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng vận tốc ánh sáng có thể giảm đi khi nó đi xuyên qua các vật liệu như nước hay thủy tinh. Tuy nhiên, người ta vẫn tin rằng các hạt ánh sáng, được biết tới là các photon, không thể chậm lại khi di chuyển trong không gian trống rỗng nếu nó không tương tác với các vật chất khác.

Trong một bài báo mới công bố trên Science Express ngày 23 tháng 1, các nhà nghiên cứu ở đại học Glasgow và đại học Heriot-Watt đã mô tả cách mà họ lần đầu tiên làm chậm lại các photon trong môi trường trống rỗng. Họ đã chứng minh rằng việc tạo ra một lớp "mặt nạ" để ánh sáng truyền qua có thể khiến vận tốc của nó giảm đi.

Nhóm nghiên cứu so sánh một chùm sáng, chứa nhiều photon trong đó, với một nhóm người cùng đạp xe theo cách thay phiên nhau dẫn đầu đoàn. Mặc dù cả nhóm vẫn tiến lên phía trước cùng lúc giống như là khi chỉ có một người, nhưng thực tế vận tốc của mỗi người đạp xe có thể thay đổi khi họ đổi vị trí cho nhau.

Sự tạo nhóm như vậy khiến cho rất khó để xác định một vận tốc duy nhất cho tất cả người đạp xe. Điều tương tự như vậy xảy ra với ánh sáng. Một tia sáng duy nhất chứa rất nhiều photo, và các nhà khoa học biết rằng các tia sáng được đặc trưng bởi các vận tốc khác nhau.

Thí nghiệm của nhóm nghiên cứu được thực hiện như một cuộc đua thử nghiệm, với hai photon cùng xuất phát với cùng khoảng cách tới một đích đến đã xác định. Các nhà nghiên cứu tìm ra rằng một photon tới đích như dự đoán, nhưng photon còn lại đã qua "mặt nạ" thì tới muộn hơn, điều đó có nghĩa là vận tốc của nó đã bị giảm. Trên khoảng cách 1 mét, nhóm nghiên cứu đã đo sự chậm lại tới 20 bước sóng.

Việc này chứng minh rằng sau khi cho ánh sáng đi qua một mặt nạ, phorton di chuyển chậm hơn trong không gian. Điều này rất khác với việc vận tốc ánh sáng giảm đi khi truyền qua nước hay thủy tinh, vì trong trường hợp đó ánh sáng sẽ trở về vận tốc ban đầu sau khi ra khỏi các môi trường đó. Còn đằng này, sau khi đi qua mặt nạ vào trở lại không gian, nó vẫn bị giảm vận tốc. Sự giảm này gây ra hiệu ứng giới hạn vận tốc tối đa mà photon có thể đạt được.

Nghiên cứu này được thực hiện bởi nhóm quang học thuộc đại học Glasgow, đứng đầu bởi giáo sư Miles Padgett, làm việc cùng các nhà vật lí thuyết do Stephen Barnett dẫn đầu, cùng sự hợp tác của Daniele Faccio ở đại học Heriot-Watt.