以色列理工学院研究团队在《自然》杂志发表论文称,研究人员首次在实验中直接测量光波中的“暗点”,并据此验证了上世纪70年代关于这类结构运动速度可超过光速的理论预测。
论文所称“暗点”是波动结构中的微小“空洞”,在物理上对应波幅降为零的位置,也被描述为光场中的涡旋。研究团队指出,涡旋在海浪、气流以及日常流体搅动等现象中普遍存在。相关理论在上世纪70年代基于随机波干涉提出:涡旋的移动速度可能快于形成它们的波本身。此次工作被研究人员描述为对该结论的实验验证。

研究团队同时强调,这一现象不构成对相对论的违背。论文解释称,相对论对速度上限的约束适用于具有质量的物质以及传递能量或信息的信号;而此次观测到的涡旋为无质量结构,且不携带能量或信息。
在实验实现方面,研究人员表示,关键在于以色列理工学院电子显微镜中心搭建的专用显微镜系统:将激光系统与先进光机电装置集成到定制电子显微镜中,从而获得高时间与空间分辨率,用于追踪这些暗点的运动。

测量对象位于六方氮化硼(hBN)材料中,该材料由巴伊兰大学Hanan Herzig Sheinfux教授制备。研究人员称,在这种材料中,光波会转化为极化激元形式的“光声”波,其传播速度约为真空光速的1/100。研究团队表示,正是在这种被“减速”的波动背景中,光涡旋能够出现超过光速的运动。
以色列理工学院Kaminer教授在论文相关表述中称,该发现揭示了不同类型波动系统的共同规律,并展示了一种技术路径:通过电子干涉术提升成像清晰度,以绘制材料中纳米尺度现象的运动轨迹。他还表示,这类显微技术有望用于研究物理、化学与生物学中难以捕捉的过程。

论文作者来自以色列理工学院安德鲁与埃尔娜·维特比电气与计算机工程学院团队,包括Kaminer教授、博士生Tomer Bucher与Alexey Gorlach、Arthur Niedermayr博士以及Shay Tsesses博士(其博士阶段在以色列理工学院Guy Bartal教授实验室完成,目前为麻省理工学院博士后)。研究还涉及多机构合作,参与方包括以色列理工学院、巴伊兰大学、麻省理工学院、中国科学院上海光学精密机械研究所、哈佛大学、斯坦福大学、米兰比科卡大学以及加泰罗尼亚光学与量子电子研究所(ICFO)。
