플라즈마에서 빛을 30% 가속시키는데 성공

플라즈마에 강력한 레이저를 두 방향에서 조사하여 플라즈마에서 빛의 속도를 조정할 수 있다는 실험결과가 발표되었습니다. 고온의 플라즈마와 강력한 레이저의 상호작용을 밝힌 이 실험결과에 따라 레이저 등으로 연료를 플라즈마화시켜 핵융합을 일으키는 관성밀폐방식의 핵융합기술이 크게 진전될 것으로 기대됩니다.

Phys. Rev. Lett. 126, 205001 (2021) - Slow and Fast Light in Plasma Using Optical Wave Mixing
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.205001

Slow and Fast Light in Plasma Using Optical Wave Mixing

Physics - Light Pulses Change Speed in a Plasma
https://physics.aps.org/articles/v14/s60

Light Pulses Change Speed in a Plasma

Physicists Have Broken The Speed of Light With Pulses Inside Hot Plasma
https://www.sciencealert.com/pulses-of-light-can-break-the-universal-speed-limit-and-it-s-been-seen-inside-plasma

Physicists Have Broken The Speed of Light With Pulses Inside Hot Plasma

특수상대성이론을 발표한 알베르트 아인슈타인은 진공상태에서 초속 약 30만 km로 진행하는 빛의 속도를 '궁극의 속도제한'이라고 했는데, 빛의 펄스가 물질 중을 통과할 때의 속도는 광속보다 느릴 수도 있으나 광속을 초과하는 경우도 있습니다. 이 '군속도'라는 속도와 물질의 관계를 연구하던 미국의 로렌스 리버모어 국립연구소의 연구원인 클레멘트 고욘 교수는 플라즈마에 레이저를 조사하여 그 모습을 관찰하는 실험을 실시했습니다.

연구팀은 먼저 레이저로 수소와 헬륨가스를 이온화시켜 플라즈마를 생성했고 거기에 두 번째 레이저를 조사했습니다. 그리고 2개의 레이저가 교차하는 부분의 빛의 속도를 측정한 결과, 두 번째 레이저광은 수평방향의 속도 성분이 플라즈마의 굴절률의 변화에 따라 감속하고 있었던 것으로 드러났습니다. 이 감속은 2개의 레이저와 플라즈마의 상호작용에 기인한 것이라고 합니다.

또한 연구팀이 두 레이저의 주파수를 바꾸자 플라즈마에서 진행하는 빛의 속도를 진공에서 진행하는 광속의 10분의 1에서 1.3배 정도까지 조정할 수 있었습니다.

이번 실험에서는 광속을 넘는 속도가 관찰되었지만, 이것은 특수상대성이론과 광속도 불변의 원리 등 기존의 물리법칙을 위반하는 것이 아니기 때문에, SF 같은 초광속 비행과 통신의 실현으로 이어지는 것은 아닙니다. 하지만 고온의 플라즈마에서 매우 강력한 레이저의 특성을 조정할 수 있었다는 이번 연구성과는 꿈의 에너지로 불리는 핵융합기술의 향상이나 입자가속기의 개량 등 최첨단기술에 다양한 기여를 할 것으로 기대됩니다.