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科学家发现光线减速新方法：改变光子形状
2015-01-28 10:55:42 来源 : 新浪科技
格拉斯哥大学的科学家发现了减慢光速的新方法。图为在一次实验中，一个光子的速度超过了另一个光子。
科学家们早已知道，当光穿过水或玻璃之类的材料时，速度会稍微有所减慢。然而在一项最新的研究中，科学家们首次在自由空间空间中减缓了光子前进的速度，说明光速远比我们想象的还要复杂。
中国国际警用装备网讯：北京时间27日消息，据国外媒体报道，科学家们早已知道，当光穿过水或玻璃之类的材料时，速度会稍微有所减慢。但人们普遍认为，光子在穿过自由空间时，速度是不可能降低的，因为不会有任何物质对它造成阻碍。然而在一项最新的研究中，科学家们首次在自由空间中减缓了光子前进的速度，说明光速远比我们想象的还要复杂。
该研究结果被发表在1月23日的《科学快讯》(Science Express)上。
来自格拉斯哥大学(the University of Glasgow)以及赫瑞瓦特大学(Heriot-Watt University)的研究人员描述了他们在自由空间中减慢光子速度的过程。他们称，通过为光束戴上一副“面具”，他们改变了光子的形状，从而减慢了光子的速度。
该研究团队将一道含有许多光子的光束比作一队自行车手，其中车手们轮流骑在队伍最前方。这样一来，尽管车队是作为一个整体在路上前进的，但单个车手的速度在改变位置的时候就会发生变化。因此，我们很难为所有车手定下一个统一的速度。同样的原理也适用于光子。一道光线脉冲中含有许多光子，而科学家们知道，光线脉冲中的每个光子速度大不相同。
该研究团队的实验被设置为定时赛形式，实验中同时释放两个光子，让它们穿过一段相当长的距离，奔向终点线。研究人员发现，其中一个光子按预期时间到达了终点，但被“面具”改变了形状的光子则要到达得晚一些，说明它在自由空间中的前进速度要更慢。
传播距离为3.3英尺(1米)时，研究团队发现减慢的速度达到了20个波长，这远远超过了测量精度，说明该结果并非试验误差。由此说明，在让光束通过“面具”之后，光子的前进速度比之前减慢了。
最重要的是，这和光线在通过玻璃和水之类的介质时速度放缓的原理大不相同。在穿过玻璃和水时，光线只有在通过介质时速度才会变慢，穿过介质之后，速度便会恢复成原速。但如果让光线穿过了“面具”，光子前进的最快速度便会始终受到一定的限制。
丹尼尔·吉尔凡尼尼(Daniel Giovannini)是该研究报告的主要作者之一，他表示：“改造后的光束减慢的速度很不起眼，前进了一米之后，它仅仅慢了几微米，但它仍然非常重要。”
“我们测量了两种不同的光束，一种叫贝塞尔光束(Bessel beams)，一种叫高斯光束(Gaussian beams)，都得到了类似的结果。”
另一位主要作者杰奎琳·罗梅罗(Jacquiline Romero)说道：“在获得这些结果的过程中，我们运用了一些巧妙的、但广为人知的光学原理。”
“研究成果清晰地显示，即使是在空气或真空中传播时，光速也可以低于通常认为的299792458米/秒。”
“虽然我们测量的只是单个光子，但这一结果也同样适用于一束光。用来制造光束的透镜越大，传播距离越短，效果就越明显，说明这一效应只适用于短距离传播。”
迈尔斯·帕杰特教授(Miles Padgett)是该研究团队的领导人，他补充道：“光线传播的速度竟然能变缓，乍看上去的确令人吃惊，但这一结果是建立在坚实的理论基础之上的，我们也对自己的观测过程抱有很强的信心。”
“这一研究结果让我们得以用一种全新的方式思考光的特性，我们渴望能继续进行这项研究，并探索它在未来的应用潜力。”
“我们希望这一效果能被运用到任何波动说当中去，这样一来，我们就可以在其它波中制造类似的减速效果了，比如说声波。”
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