Швидкість світла у вакуумі є абсолютною межею швидкості Всесвіту. Згідно з роботою Ейнштейна, ніщо не може рухатися швидше 299 792 кілометрів на секунду (186 000 миль на секунду), оскільки для цього потрібна нескінченна кількість енергії.
Однак це не означає, що швидкість світла не може бути перевищена за певних обставин. Наприклад, у воді світло уповільнюється до 225 000 кілометрів на секунду (139 800 миль на секунду), що все ще є доволі швидким, але його можуть перевищити частинки (наприклад, у ядерному реакторі), що призводить до виникнення черенковського випромінювання.
Але 225 000 кілометрів на секунду — далеко не найповільніша швидкість, з якою коли-небудь рухалося світло. У 1998 році вченим вдалося уповільнити його до 17 метрів на секунду, що еквівалентно 61,2 кілометрам (38 милям) на годину.
Уповільнення світла не було основною метою експерименту. Команда прагнула вивчити конденсат Бозе-Ейнштейна (КБЕ), стан речовини, вперше передбачений Альбертом Ейнштейном на основі роботи теоретичного фізика Сатьендри Ната Бозе. Коли газ бозонів — субатомних частинок, що переносять сили і мають цілий спін — охолоджується до температур, близьких до абсолютного нуля, він утворює єдиний квантовий об’єкт, який часто порівнюють з дією єдиного атома.
“Хвильова функція КБЕ відповідає основному стану макроскопічного квантового об’єкта”, — пояснюється в одній з наукових робіт. “Іншими словами, колекція атомів у КБЕ поводиться як єдиний квантовий об’єкт.”
У цьому новому дивному стані речовини, вперше створеному в реальному світі в 1995 році, можна макроскопічно спостерігати квантову поведінку.
Він має багато дивних властивостей, включаючи нульову в’язкість. Якщо покласти трохи цієї речовини у склянку, вона підніметься по стінках. Вона може підтримувати вихори, які можна використовувати для створення аналогів чорних дір, а також вибухати подібно до наднових, що називається бозенова. Цілком очевидно, чому виникає бажання вивчати цю речовину.
У 1998 році вчені з Інституту науки Роуленда створили конденсат Бозе-Ейнштейна шляхом надохолодження атомів натрію у вакуумній камері. Спочатку вони направили лазерні промені (що рухаються зі звичайною швидкістю світла) на натрій, уповільнюючи частинки в міру того, як вони поглинають фотони. Після уповільнення їх помістили в інший масив лазерів, де атоми відбивалися в зворотному напрямку, ще більше сповільнюючи (і охолоджуючи) хмару атомів, яку утримувало потужне магнітне поле.
Коли це було зроблено і утворилася хмара конденсату, команда направила один лазер через його ширину, щоб створити квантову інтерференцію, а другий лазер був направлений уздовж його довжини. За цих умов світло було значно уповільнене.
«Ми отримали швидкість світла 17 [метрів на секунду] для поширення імпульсу в хмарі атомів, спочатку підготовленій як майже чистий конденсат Бозе-Ейнштейна (частка конденсату ⩾90 відсотків)», — написала команда у своєму експерименті. «Чи залишається хмара конденсатом під час і після поширення імпульсу — це питання, яке виходить за межі цієї статті».
Незважаючи на задоволення від досягнутого результату, команда зрозуміла, що може зробити ще краще.
«Незабаром після цього нам вдалося повністю зупинити світловий імпульс у хмарі атомів, охолоджених до температури, трохи вищої за температуру переходу для КБЕ», — пояснює команда на веб-сайті Hau Lab. «У той час, коли світловий імпульс сповільнюється, стискається і утримується в атомній пробі, ми різко вимикаємо керуюче лазерне поле і потім вмикаємо його пізніше. Коли керуючий лазер знову вмикається, світловий імпульс відновлюється: ми можемо зупинити і контрольовано відновити світловий імпульс».