Dengan menerapkan topeng ke sinar optik untuk memberi foton struktur spasial, fisikawan telah menunjukkan bahwa foton berstruktur spasial berjalan lebih lambat daripada kecepatan cahaya di ruang bebas.
Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa kecepatan cahaya dapat sedikit diperlambat saat bergerak melalui material seperti air atau kaca.
Namun, umumnya dianggap tidak mungkin partikel cahaya, yang dikenal sebagai foton, diperlambat saat bergerak melalui ruang bebas, tanpa hambatan oleh interaksi dengan materi apa pun.
Dalam makalah baru yang diterbitkan di Science Express, para peneliti dari Terletak di Glasgow, Skotlandia, Universitas Glasgow adalah universitas riset publik yang didirikan pada 1451 menjadikannya universitas tertua keempat di dunia berbahasa Inggris. Sebagai universitas intensif penelitian, universitas ini adalah anggota dari Russell Group, Universitas 21, dan Guild of European Research-Intensive Universities.
Universitas Glasgow dan Universitas Heriot-Watt menjelaskan bagaimana mereka berhasil memperlambat foton di ruang bebas untuk pertama kalinya Mereka telah mendemonstrasikan bahwa menerapkan topeng ke sinar optik untuk memberi foton struktur ruang dapat mengurangi kecepatannya.
Eksperimen mereka dikonfigurasikan seperti balapan, dengan dua foton yang dilepaskan secara bersamaan melintasi jarak yang sama menuju garis finis yang ditentukan.
Tim tersebut membandingkan seberkas cahaya, yang mengandung banyak foton, dengan tim pengendara sepeda yang berbagi tugas dengan bergantian bersepeda di depan. Meskipun kelompok berjalan di sepanjang jalan sebagai satu unit, kecepatan masing-masing pesepeda dapat bervariasi saat mereka bertukar posisi.
Pembentukan grup dapat mempersulit untuk menentukan kecepatan tunggal untuk semua pengendara sepeda, dan hal yang sama berlaku untuk cahaya. Sebuah pulsa cahaya mengandung banyak foton, dan para ilmuwan mengetahui bahwa pulsa cahaya dicirikan oleh sejumlah kecepatan yang berbeda.
Para peneliti menemukan bahwa satu foton adalah partikel cahaya. Ini adalah unit dasar cahaya dan radiasi elektromagnetik lainnya, dan bertanggung jawab atas gaya elektromagnetik, salah satu dari empat gaya dasar alam. Foton tidak memiliki massa, tetapi memiliki energi dan momentum. Mereka bergerak dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa, dan dapat memiliki panjang gelombang yang berbeda, yang sesuai dengan warna cahaya yang berbeda. Foton juga dapat memiliki energi yang berbeda, yang sesuai dengan frekuensi cahaya yang berbeda.
photon mencapai garis finis seperti yang diperkirakan, tetapi photon terstruktur yang telah dibentuk ulang oleh topeng tiba kemudian, yang berarti bergerak lebih lambat di ruang bebas.Dalam jarak satu meter, tim mengukur pelambatan hingga 20 panjang gelombang, berkali-kali lebih besar dari presisi pengukuran.
Pekerjaan menunjukkan bahwa, setelah melewatkan berkas cahaya melalui topeng, foton bergerak lebih lambat melalui ruang. Yang terpenting, ini sangat berbeda dengan efek pelambatan dari melewatkan cahaya melalui media seperti kaca atau air, di mana cahaya hanya diperlambat selama melewati material – ia kembali ke kecepatan cahaya setelah keluar dari sisi lain. Efek melewatkan cahaya melalui topeng adalah untuk membatasi kecepatan tertinggi yang dapat dilalui foton.
Pekerjaan itu dilakukan oleh tim dari Grup Optik Universitas Glasgow, dipimpin oleh Profesor Miles Padgett, bekerja dengan fisikawan teoretis yang dipimpin oleh Stephen Barnett, dan bermitra dengan Daniele Faccio dari Universitas Heriot-Watt.
Daniel Giovannini, salah satu penulis utama makalah tersebut, mengatakan: “Penundaan yang kami perkenalkan pada balok terstruktur kecil, diukur pada beberapa mikrometer pada jarak propagasi satu meter, tetapi signifikan. Kami telah mengukur efek serupa dalam dua jenis balok berbeda yang dikenal sebagai balok Bessel dan balok Gaussian.”
Rekan penulis utama Jacquiline Romero berkata: “Kami telah mencapai efek pelambatan ini dengan beberapa prinsip optik yang halus namun dikenal luas. Temuan ini menunjukkan dengan jelas bahwa perambatan cahaya dapat diperlambat di bawah angka yang diterima secara umum yaitu 299.792.458 meter per detik, bahkan saat bergerak di udara atau ruang hampa.
“Meskipun kami mengukur efek untuk satu foton, itu juga berlaku untuk berkas cahaya terang. Efeknya paling besar ketika lensa yang digunakan untuk membuat pancaran besar dan ketika jarak fokus cahaya kecil, berarti efeknya hanya berlaku pada jarak dekat.”
Profesor Padgett menambahkan: “Mungkin tampak mengejutkan bahwa cahaya dapat dibuat bergerak lebih lambat seperti ini, tetapi efeknya memiliki landasan teoretis yang kuat dan kami yakin bahwa pengamatan kami benar.
“Hasilnya memberi kami cara baru untuk memikirkan sifat-sifat cahaya dan kami ingin terus mengeksplorasi potensi penemuan ini dalam aplikasi di masa mendatang. Kami berharap bahwa efeknya akan berlaku untuk teori gelombang apa pun, jadi pelambatan yang serupa dapat dibuat dengan baik dalam gelombang suara, misalnya.”
Makalah tim, berjudul ‘Foton Terstruktur Spasial yang Bergerak di Ruang Bebas Lebih Lambat dari Kecepatan Cahaya’, diterbitkan di Science Express, yang menyediakan publikasi elektronik dari makalah terpilih sebelum dicetak di jurnal Science.
Publikasi : Daniel Giovannini, et al., “Foton berstruktur spasial yang bergerak di ruang bebas lebih lambat dari kecepatan cahaya,” Science, 2015; DOI: 10.1126/science.aaa3035
Gambar: Universitas Glasgow
