ژاپنی‌ها نور را خم کردند!

یکی از ویژگی‌های عجیب نظریه نسبیت عام اینشتین این است که نور تحت تأثیر ساختار فضا-زمان قرار می‌گیرد که خود توسط گرانش منحرف می‌شود. به همین دلیل است که اجرام با جرم بسیار زیاد، مانند سیاه‌چاله‌ها یا کهکشان‌ها چنین تغییری بر نور وارد می‌کنند، مسیر آن را خم می‌کنند و اجرام دور را بزرگ‌نمایی می‌کنند.

در مطالعات اخیر پیش‌بینی شد که می‌توان این اثر را در بلورهای فوتونی تکرار کرد. این ساختارها برای کنترل نور در دستگاه‌های اپتیک و آزمایش‌ها استفاده می‌شوند و عموماً با چیدمان چندین ماده در الگوهای دوره‌ای ساخته می‌شوند. چیزی که نظریه‌پردازی شد این بود که اعوجاج در این بلورها می‌تواند امواج نور را به روشی بسیار شبیه به «همگرایی گرانشی» در مقیاس کیهانی منحرف کند. این پدیده «گرانش کاذب» نام گرفت.

همگرایی گرانشی هنگامی روی می‌دهد که نورِ یک چشمه درخشانِ بسیار دور مانند یک اختروش در مسیرش تا رصدگر از کنار جسم پرجرم دیگری مانند یک خوشه کهکشانی بگذرد و مسیرش خمیده شود. آنگاه جسم میانی «عدسی گرانشی» نامیده می‌شود. این پدیده یکی از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام اینشتین است.

براساس نظریه نسبیت عام، جرم می‌تواند فضا-زمان را خمیده کند و در نتیجه یک میدان گرانشی بسازد که می‌تواند نور را منحرف کند. این پدیده را نخستین بار آرتور ادینگتون در سال ۱۹۱۹ در جریان یک خورشیدگرفتگی آزمود که در آن نور ستاره‌ای که از نزدیک خورشید می‌گذشت کمی خم شده و در نتیجه مکان ظاهری ستاره کمی جابه‌جا شد.

بیشتر بخوانید:

• شناسایی عسل تقلبی با یک روش خلاقانه/ عکس

• پهپادهای عجیبی که ۷۰ سال پیش شاهد انفجار اتمی بودند/ عکس

با همگرایی گرانشی می‌توان اطلاعاتی درباره جسم میانی از جمله جرم آن به دست آورد.

دانشمندان ژاپنی برای این مطالعه جدید، این ایده را در یک بلور فوتونی ساخته شده از سیلیکون آزمایش کردند. آنها این ساختار بلوری را دستکاری کردند، به طوری که سلول‌های شبکه سطح آن را که در اصل با فاصله ۲۰۰ میکرومتری از هم یکنواخت بودند، بیش از پیش تغییر شکل دادند. سپس یک لیزر با امواج نور در محدوده تراهرتز به این بلور تابیده شد.

این دستگاه دارای دو درگاه خروجی در طرف مقابل درگاه ورودی لیزر بود که یکی در بالا و دیگری در زیر ورودی قرار داشت. اگر گرانش کاذب کار نمی‌کرد، نور لیزر در یک خط مستقیم حرکت می‌کرد و از هیچ یک از درگاه‌ها خارج نمی‌شد، اما در بلورِ اعوجاج یافته، امواج نور با موفقیت به سمت درگاه پایین خم می‌شدند.

این تیم می‌گوید این تکنیک می‌تواند روش بسیار مفیدی برای دستکاری نور در سیستم‌های اپتیکی و سایر دستگاه‌ها باشد و می‌تواند به مطالعه فیزیک مرتبط کمک کند.

پروفسور ماسایوکی فوجیتا یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: این هدایت پرتوها در محدوده تراهرتز را می‌توان در ارتباطات ۶G مهار کرد. از نظر آکادمیک، این یافته‌ها نشان می‌دهند که بلورهای فوتونی می‌توانند اثرات گرانشی را مهار کنند و مسیرهای جدیدی را در زمینه فیزیک گراویتون باز کنند.

گراویتون یک ذره بنیادی فرضی از نوع بوزون پیمانه‌ای در نظریه گرانش کوانتومی است. بنا بر این نظریه، این ذره حامل نیروی گرانش است. در صورت وجود گراویتون این ذره خود پادذره‌ی خود خواهد بود، یعنی گراویتون و آنتی‌گراویتون یک ذره خواهند بود.

این پژوهش در مجله Physical Review A منتشر شده است.

۵۸۵۸