Лазерный мир

Итальянский физик-теоретик исследовал, как едва заметное рассеяние фотонов друг на друге сказывается на поведении двух лучей света, направленных в противоположные стороны. Несмотря на слабость взаимодействия, в подобной системе возникают волны поляризации, скорость которых может превышать скорость света. Статья опубликована в Physical Review A.

В классической электродинамике, разработанной Джеймсом Максвеллом в середине XIX века, электромагнитные волны могут взаимодействовать только с электрическими зарядами, а потому проходят друг через друга совершенно свободно. В квантовой электродинамике это не совсем так. Напрямую фотоны не могут взаимодействовать даже в этой теории — говоря более строго, в первом порядке сечение их рассеяния друг на друге равно нулю. Однако при расчете этого сечения также необходимо учитывать поправки более высоких порядков, возникающие из-за обмена фотонов виртуальными частицами.

В своей статье физик-теоретик Фабио Брискезе (Fabio Briscese) рассмотрел, как рассеяние фотонов сказывается на поведении двух сильных пучков света, направленных в противоположные стороны и проходящих друг через друга. Оказывается, что даже такое невероятно слабое взаимодействие вызывает неожиданно сильные отклонения от свободной теории. А именно, поляризация каждого из пучков начинает периодически изменяться — по ним бегут волны, скорость которых может превысить скорость света.

В результате оказалось, что поляризация каждой из волн начинает периодически изменяться, причем в разных волнах эти колебания происходят одновременно. Другими словами, по лучам бегут волны поляризации. Интересно, что скорость волн может превышать скорость света, если правильно подобрать начальные параметры лучей. Впрочем, противоречия со Специальной или Общей теорией относительности здесь нет — управлять формой таких волн нельзя, и передать с их помощью информацию не получится. Поэтому нарушение принципа причинности не происходит. Более того, интенсивность каждого из пучков сохраняется во время распространения такой волны, то есть она не может переносить энергию.

По словам автора статьи, возникновение подобных волн поляризации может влиять на различные астрофизические процессы — например, на поведение магнетаров или на образование электромагнитных ударных волн (astrophysical electromagnetic shock). В принципе, такие волны можно наблюдать и в экспериментах с лазерами, если удастся обеспечить необходимые начальные условия.

Источник: https://nplus1.ru/news/2018/03/05/light-scattering