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光の速度がゼロになる “例外的な場所 “とは?

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本記事は、Speed Of Light Could Be Reduced To Zero At “Exceptional Points”
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約1分56秒

・研究者は、光のビームを停止させるための新しいモデルを実証しました。

・彼らは、”例外的なポイント “と呼ばれる具体的な事例で光波を調べました。

・これは、ある種の対称性を持つ導波路において、2つの光波の「モード」が集まって「合体」する点です。

・同じ手法は、音響波など他の種類の波にも適用できます。

 

私たちは、光が何よりも速く(正確には毎秒299,792,458メートルの速度で)移動することを知っています。超低温の原子や結晶の雲の中に光子を閉じ込める技術を利用することで、光の速度を遅らせたり、動きを完全に止められる事をご存知の方もいらっしゃるかもしれません。

 

物理学者たちはこのたび、光のビームを停止させる新しい方法を実証しました。研究チームは、「例外的な点」と呼ばれる特定の条件下において、光波を含むいくつかの波の振る舞いを研究しました。

 

光の静止が試みられたのは今回が初めてではありません。2001年、物理学者チームは過冷却されたナトリウム原子においては、光の速度が10-7未満に減速できることを示しました。遅くなった光パルスを冷たい原子に刻印することで、それを読み取って再び光子に変換することができます。

 

しかし、今回の方法において、過冷却原子や原子への刻印光は一切必要ありません。また、幅広い帯域幅に対応しており、次世代のスローライト・アプリケーションにいくつかの利点を提供します。

 

例外的なポイントとは?また、その仕組みは?

光は波です。 実際には、上記に示された画像よりも複雑なものです。 波は、量子振動、音、光であれ、移動する媒体に応じて絶えず変化し、より豊かで複雑な3D形状です。媒体の特性を調整し、ある複雑な波を鏡のような双子の波に折りたたむ事ができます。これが例外的なポイントで起こることです。

 

例外的なポイントとは、特定の対称性を持つ導波路において、2つの異なる「モード」の光波が集まって1つのモードになる点、つまり「合体」する点のことである。

 

このような例外的なポイントは、導波路の損失/利得パラメータを変動させ、2つの異なる光のモードが1つになることで発生します。このとき、光は途中で止まりますが、ほとんどのシステムでは、光の大部分がこのポイントで失われます。

 

この問題を解決するためには、パリティ・タイム対称性を持つ導波路を使うことができます。当対称性により、損失と利得が常にバランスし、光が例外ポイントに近づいたとき光の強度が一定になります。

研究チームは停止した光波を解放し、それを通常の速度に加速するために、損失/利得パラメータを逆にすることができることを示しました。

 

パリティ時間対称性を用いることで、伝搬モードの強度を一定に保つことができ、そのシステムを例外ポイントに導く堅牢なプロトコルを提供できるという利点があります。この新しい方法では、例外点の位置を極めて柔軟に制御できるため、非共鳴プロセスが可能となり、短い光パルスへの実用化に向けた重要な技術的利点となっています。

 

この効果は、2つの導波路からなるパリティ時間対称システムで工学的に実現することができます。

 

この新しい方法は、音響波などの他の種類の波にも適用できます。物理学者たちは、この例外的なポイントが、量子力学の重要な問題を解決するのに役立ち、また、波の整形に依存する新しい技術への道すじを示すものであると期待しています。今後、これらの可能性についてさらに研究を進めていく予定です。

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