فیزیکدانان برای نخستین بار رفتار نور در «زمان موهومی» را مشاهده کردند

برای نخستین بار، پژوهشگران رفتار نور را در پدیده‌ای اسرارآمیز به نام «زمان موهومی» مشاهده کردند. هنگامی که نور از میان یک ماده شفاف عبور می‌کند، میدان‌های الکترومغناطیسی پیچیده‌ای که ساختار اتمی آن ماده را تشکیل می‌دهند، زمان قابل توجهی به مسیر حرکت هر فوتون اضافه می‌کنند.

به گزارش سیلاد و به نقل از  Sciencealert، این تأخیر می‌تواند اطلاعات زیادی درباره نحوه پراکندگی نور و ساختار ماده در اختیار فیزیکدانان قرار دهد. اما تاکنون مفهوم «زمان موهومی» که یکی از ابزارهای نظری برای اندازه‌گیری سفر نور است، به طور کامل در عمل درک نشده بود. ایزابلا جیووانلی و استیون آنلاژ، دو فیزیکدان دانشگاه مریلند، با انجام آزمایشی موفق شدند نشان دهند که پالس‌های امواج مایکروویو (نوعی نور خارج از طیف مرئی) هنگام تجربه «زمان موهومی» در یک حلقه کابل چگونه رفتار می‌کنند.

این تحقیق همچنین نشان می‌دهد که اعداد موهومی، که در ریاضیات برای حل معادلات پدیده‌های فیزیکی کاربرد دارند، چگونه می‌توانند فرآیندی واقعی و قابل اندازه‌گیری را توصیف کنند. اعداد موهومی در ریاضیات ابزاری انتزاعی‌اند که معادلات پیچیده را ساده‌تر می‌کنند، اما در تجربه روزمره ما معنای مستقیمی ندارند. در مورد پالس‌های نور که از میان ماده عبور می‌کنند، این اعداد به حل مسئله تأخیر در انتقال کمک کرده‌اند، اما رفتار دقیق آن‌ها تا کنون به طور سیستماتیک بررسی نشده بود.
 

از نظر فنی، فوتون‌های منفرد نور همیشه با سرعتی ثابت حرکت می‌کنند، اما تعامل با میدان‌های الکترومغناطیسی اطراف می‌تواند سفر کلی موج را به صورت پیچیده‌ای کند یا تند کند. این بدان معناست که پالس نور می‌تواند رفتار منفی داشته باشد و از فوتون‌های تشکیل‌دهنده خود سریع‌تر حرکت کند.

آزمایش شامل دو کابل هم‌محور بود که به صورت حلقه‌ای به هم متصل شده بودند و مسیر ساده و قابل فهمی برای عبور پالس‌های مایکروویو فراهم می‌کردند. آنها از اسیلوسکوپ‌های پیشرفته‌ای استفاده کردند که قادر به تشخیص تغییرات بسیار کوچک در فرکانس بودند. با تنظیم پالس‌ها و اندازه‌گیری اثرات، جیووانلی و آنلاژ توانستند تغییرات الگوی موج‌ها در هر پالس را نسبت به مقادیر واقعی و موهومی معادلات خود تحلیل کنند.

آنلاژ در گفتگو با New Scientist گفت: «این مانند درجه آزادی پنهانی است که قبلاً نادیده گرفته شده بود. فکر می‌کنم کاری که ما انجام دادیم، آشکار کردن آن و دادن معنای فیزیکی به آن است.» اعداد موهومی توصیف‌کننده رؤیاهای عجیب مایکروویو نبودند، بلکه تغییر کوچکی در فرکانس موج حامل هنگام عبور از ماده را نشان می‌دادند که ناشی از نحوه جذب پالس منتقل شده بود.

در گذشته این مقدار نادیده گرفته می‌شد، اما اکنون می‌توان آن را به فرآیندهای فیزیکی مرتبط دانست که اجازه می‌دهد پالس‌های نور سریع‌تر از فوتون‌های خود حرکت کنند. این کشف می‌تواند درک ما از رفتار نور و انتقال آن در مواد را بهبود بخشد.