글래스고대학 등의 연구자들이 자유공간(물질이 존재하지 않는 공간)을 이동하는 빛을 감속시키는 데 처음으로 성공했다. 지금까지 진공 중의 빛의 속도는 일정하고 불변한 물리적 척도로 취급되어 왔지만 이번 결과는 그 전제를 뒤흔든 것이다.
연구팀은 광자를 액정 마스크(liquid-crystal mask) 장치에 통과시켜 형상을 변화시키고 형상이 변화하지 않은 광자와 속도를 경쟁하게 하는 실험을 실시했다. 그 결과 형상이 변화한 쪽의 광자는 1m의 이동거리에서 최대 20파장분의 지연이 관측되었다. 이것은 빛이 자유공간에서 감속할 수 있음을 보여주는 첫 실험결과다.
자유공간 중의 빛의 속도는 초속 2억 9,979만 2,458m이며 이 속도는 불변으로 지금까지 생각되어 왔다. 빛은 물이나 유리를 통과하는 동안 감속하지만 통과한 후에 다시 광속으로 돌아간다. 그러나 이번 실험에서는 광자는 마스크를 통과한 후에도 약간 감속한 상태를 유지했다.
글래스고대학의 광학연구그룹에 속하는 마일즈 패젯 교수가 지휘하고 에든버러에 있는 헬리엇와트대학과 공동으로 실시된 이번 연구는 Science 학술지의 온라인 선행 게재판 'Science Express'에 발표되었다.
연구팀은 이번 실험에서 광빔의 거동을 자전거 레이스 집단의 주행에 비유하고 있다. 빛은 '입자'와 '파동' 양쪽의 성질을 겸비하기 때문에 개별 광자의 형상을 '파동'으로 변화시키는 한편 두 광자의 이동속도를 '입자'로 경쟁시킬 수 있다.
자전거 레이스의 집단은 전체적으로는 일정 속도로 이동하고 있어도 개별 선수는 집단 내에서의 순위를 바꾸면서 각자 다른 스피드로 달리고 있다. 동일하게 빛에도 적용되며 하나의 광빔은 복수의 상이한 속도로 구성된다. 즉 1개의 광빔은 자전거 레이스 집단과 마찬가지로 전체적으로는 광속으로 이동하고 있지만 선수에 해당하는 개별 광자의 속도는 각각 다른 것이다. "구조화된 광선에 우리가 달성한 지연은 1m의 전파거리에서 수 마이크로미터로 작다. 그러나 그것은 유의미한 지연”이라고 연구의 필두저자 중 한 명인 다니엘 조바니 씨는 말했다.
다만 중요한 것은 이 실험결과가 단거리에만 적용된다는 점이다. 연구팀은 광빔의 생성에 사용되는 렌즈가 크고 또한 빛의 이동거리가 짧을 경우에 감속의 효과가 최대가 된다고 설명했다. 즉 이번 연구결과는 우주의 구조에 관한 우리의 기본적 이해에까지 변화를 가져오는 일은 없지만 빛에 관한 기존의 이해에는 변화를 가하는 내용이다.
출처 참조 번역
- Wikipedia
- 自由空間において光の速度は一定でないことが、初めて証明される
https://wired.jp/2015/01/27/speed-of-light-slowed/
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