Российские и немецкие ученые описали ситуацию, когда происходит самоостановка света — явление, при котором скорость световых импульсов падает в миллионы раз, вплоть до нуля. Оказалось, что в определенных условиях излучение в резонансно поглощающей среде создает для себя ？потенциальную яму？, из которой затем не может выйти. Это происходит за счет обволакивания материей безмассовых фотонов, и в результате они могут остановиться. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

       Фото: sergei akulich / Pixabay sergei akulich / Pixabay

       Фотоны — частицы света — не имеют массы. Теория относительности гласит, что из-за этого единственная скорость, с которой они могут двигаться в пространстве, — скорость света, а находиться в состоянии покоя безмассовые частицы вообще не способны. Однако ученые из Санкт-Петербургского государственного университета, Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе и Ганноверского университета имени Готфрида Вильгельма Лейбница создали математическую модель, которая описывает условия и процесс остановки света.

       Видео дня

       ？Эта удивительная ситуация может происходить, если фотоны движутся в определенных нелинейных средах, которые называют резонансными. Они обладают собственным свечением с такой же частотой, какую имеют попадающие на них фотоны. Благодаря этому колебания света поглощаются частицами среды, что приводит к передаче большого количества энергии от света материи. Одновременно возможен и обратный процесс передачи энергии от вещества свету？, — рассказывает соавтор исследования Николай Розанов.

       Авторы исследовали остановку фотонов на примере импульсов света крайне малой длительности, которые могут излучать современные лазерные системы. Оказалось, что, проходя через резонансно поглощающую среду, частицы тесным образом начинают взаимодействовать с ней, формируя сильно связанные состояния возбужденной материи и света, которые можно рассматривать как некоторую новую частицу. Так, среда обволакивает свет, и за счет такой оболочки из вещества фотоны приобретают массу. Подобные образования могут продолжить двигаться в изначальном направлении с высокой скоростью, изменить направление или полностью остановиться. Поведение частицы зависит от ее энергетического состояния: иногда ей может быть более выгодно снизить скорость до нуля.

       В последнем случае световой импульс застревает в среде, не доходя до наблюдателя. В зависимости от некоторых параметров, он способен застревать на заданном расстоянии от границы среды. Это может иметь практический интерес: например, благодаря такому эффекту возможно нацелить свет на определенные объекты, расположенные внутри среды. Явление не противоречит фундаментальным физическим законам, так как речь идет о скорости движения светового импульса, в котором происходит активное поглощение и испускание света, а не о движении фотонов в пустом пространстве, которое всегда происходит со скоростью света.