Physiker des Technion in Israel bestätigen, dass dunkle Strukturen schneller als Licht bewegen können

Physiker des Israelischen Technologischen Instituts (Technion) haben eine revolutionäre Entdeckung gemacht, die erstmals experimentell belegt, dass dunkle Strukturen, die innerhalb eines Lichtstroms entstehen, sich schneller als das Licht selbst bewegen können. Diese Entdeckung, die in der renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, betrifft sogenannte optische Wirbel oder Phasensingularitäten – spezifische Punkte mit null Intensität, die an dunkle "Löcher" in einer Lichtwelle erinnern.

Diese optischen Wirbel, die keine Masse oder Energie besitzen, widersprechen nicht der Relativitätstheorie, da sie keine Informationen übertragen. Ihre Bewegung ist das Ergebnis einer Veränderung der Geometrie des Wellenmusters, was neue Möglichkeiten für die Erforschung physikalischer Phänomene eröffnet.

Um dieses einzigartige Phänomen festzuhalten, verwendeten die Wissenschaftler ein zweidimensionales Material – hexagonales Bornitrid. In diesem Material entstehen Phonon-Polariton-Phänomene, die Hybride aus Licht und atomaren Schwingungen sind. Sie bewegen sich deutlich langsamer als reines Licht im Vakuum, was es ermöglicht, ihre Interaktionen und ihr Verhalten detailliert zu verfolgen.

Die größte Herausforderung für die Forscher war die extrem hohe Geschwindigkeit der Prozesse, da die Ereignisse innerhalb von nur 3 Quadrillionstel Sekunden stattfinden. Durch den Einsatz eines Hochgeschwindigkeits-Elektronenmikroskops und der Methode der elektronischen Interferometrie konnten die Wissenschaftler eine Bild-für-Bild-Aufnahme durchführen, die zeigt, wie zwei optische Wirbel mit entgegengesetzten Ladungen einander anziehen und sich auf überlichtschnelle Werte beschleunigen, unmittelbar bevor sie sich gegenseitig annihilieren.

Der Projektleiter, Ido Kaminer, betonte, dass dieser Fortschritt universelle Naturgesetze offenbart, die für verschiedene physikalische Phänomene wie Schallwellen, Flüssigkeitsströme und sogar Supraleiter gemeinsam sind. Die im Rahmen dieser Forschung entwickelte neue Mikroskopiemethode bietet den Wissenschaftlern ein leistungsstarkes Werkzeug zur Kartierung nanoskaliger Phänomene, die zuvor zu schnell für die Beobachtung waren.

Der nächste Schritt in den Forschungen wird das Studium der komplexeren Dynamik von Wirbeln im dreidimensionalen Raum sein. Dies könnte neue Horizonte im Verständnis der verborgenen Mechanismen eröffnen, die in der Chemie und Biologie wirken, und zur weiteren Entwicklung der Wissenschaft beitragen.