科学者が空気中を伝わる光の速度を遅くする

光は空気中を毎秒約 2 億 9,900 万メートルの速度で通過します。これはこれまで疑問視されたことのない定理です。研究者たちは、自由空間を通過する光の粒子 1 つを操作することで、空気中の光の速度を遅くする方法を発見しました。

科学者たちは、水やガラスなどのさまざまな媒体を光がどのくらいの速さで通過するか、またその速度を遅くする方法については以前から知っていました。しかし、グラスゴー大学とヘリオット・ワット大学の研究者たちは、この概念をさらに進め、光がガスを通過するときに光の速度を変えることができるかどうかを調べることにしました。

これを実現するために、研究チームは個々の光の粒子、つまり光子を調べることにした。「単一光子での測定は、最もクリーンな実験です」と、研究の主執筆者の1人でグラスゴー大学の物理学教授であるジャクイリン・ロメロ氏はポピュラーサイエンス誌に語っている。研究チームは、異なる光子は光線の構造内の位置に応じて異なる速度を持つことを明確に証明したかった。光子が光線内のどこにあるかによって、相対速度が遅くなったり速くなったりする。これはランナーの集団に似ている。集団がまとまっていても、先頭の1人は横や後ろにいる1人よりも常に速く走っていなければならない。グラスゴー大学のもう1人の研究主執筆者であるダニエル・ジョバンニーニ氏は、研究者たちはしばらく前からこれを知っていたが、研究チームは「集団の最後尾」にいる光子がどれだけ遅く動いているのかを知りたいと考えたという。

この実験は、単一光子の到着時間を測定することを目的としていたとロメロ氏は言う。そのために研究者らは、1 つの光子をフィルターに通して光子の構造を変えた。次に、この光子の速度を非構造化光子と比較した。研究者らは、空気中の構造化光子の速度を 0.001 パーセント低下させることができた。これは非常に小さいように思えるが、偶然ではない。「私たちはそれを試して、それが可能であり、現実であることを自分たち自身に納得させなければならなかった」とジョバンニーニ氏は言う。彼とロメロ氏は、結論は明らかだと考える人と、これは画期的な実験だと考える人との間で、結果が分かれることを予想しているという。

この研究は1月23日、サイエンス・エクスプレス誌に掲載された。ロメロ氏によると、次は単一光子ではなくカメラと古典光を使って実験を行いたいとのこと。研究チームはまた、この発見を音波にも応用したいと考えている。実用面では、この研究の効果は顕微鏡の光学系の使用において最も感じられるだろうとロメロ氏は言う。