Wetenschappers hebben in een plasma lasers afgevuurd die sneller lijken te gaan dan de lichtsnelheid – zonder de wetten van de fysica te schenden.
De lichtsnelheid is niet altijd hetzelfde. Licht dat door een plasma reist, kan lijken te bewegen met snelheden die zowel langzamer als sneller zijn dan wat we ‘de snelheid van het licht’ noemen – 299.792.458 meter per seconde – zonder natuurwetten te overtreden. Dat hebben natuurkundige Clément Goyon van het Lawrence Livermore-laboratorium in Californië en collega’s voor elkaar gekregen door twee lasers op elkaar te richten in een straal waterstof- en heliumplasma.
‘Einstein liep als theoreticus vast op de nieuwe bevindingen’
Toen de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes iets geks ontdekte over supergeleiding, was dit onder veel fysici het gesprek van de dag. Maa ...
Iets sneller
De ene laser, de pompstraal, was 100.000 keer krachtiger dan de andere, de sondestraal. Elke laser zond een korte lichtpuls uit. Op de plaats waar de twee pulsen botsten, ontstond door de interferentie van het licht een golf door het plasma.
Deze golf veranderde de brekingsindex van het plasma, een eigenschap die bepaalt hoe licht door een medium reist. Door de golflengte van de lichtbundels te veranderen, konden de onderzoekers de brekingsindex manipuleren. Vervolgens maten ze hoe lang een lichtpuls van de sondebundel erover deed om naar een camera te reizen.
Wanneer de sondestraal een langere golflengte had dan de pompstraal, ging het licht ongeveer 12 procent langzamer dan de lichtsnelheid in een vacuüm. Wanneer het omgekeerde het geval was, leek het licht van de sondestraal iets sneller te bewegen dan de canonieke lichtsnelheid.
Gezamenlijke prestatie
Door de manier waarop de onderzoekers het licht hebben gemeten, is het resultaat niet in strijd met de wetten van de natuurkunde. Ze volgden het helderste gebied van een puls in plaats van de beweging van de hele puls of een individueel foton.
‘We schenden de principes van Einstein niet, want we zeggen niet dat informatie sneller reist dan de snelheid van het licht’, zegt Goyon. De piek van de puls kan sneller bewegen dan de lichtsnelheid, maar dat komt door energiefluctuaties over de lengte van de bundel, niet door de werkelijke beweging van de hele puls. Als je een individueel foton, of lichtdeeltje, zou meten, zou dat altijd langzamer bewegen.
Delicaat
Begrijpen hoe je licht kunt manipuleren met een plasma zou de deur kunnen openen naar soorten experimenten die nu onmogelijk zijn omdat ze extreem krachtige lasers vereisen. ‘Wanneer veel vermogen een optisch apparaat zoals een lens bereikt, smelt dat gewoon’, zegt Goyon.
Goyon stelt dat het plasma in dit experiment zich in feite gedraagt als traditionele optica. Dat betekent dat het in de toekomst in staat zou kunnen zijn om de delicate lenzen en andere apparaten te vervangen waar veel natuurkundige experimenten nu gebruik van maken.
