Международная группа физиков впервые экспериментально зафиксировала, что оптические вихри, которые иногда называют «дырами» в свете, могут кратковременно двигаться быстрее света. Результат не противоречит теории относительности, поскольку эти структуры не являются материальными объектами и не переносят энергию или информацию.

Речь идет о так называемых фазовых сингулярностях или оптических вихрях. Они возникают, когда свет ведет себя как волна с закрученной структурой, напоминающей штопор. В центре такого закручивания свет сам себя гасит, образуя темную точку с нулевой интенсивностью — своеобразную дыру внутри светового поля.

Теоретически физики давно предполагали, что такие вихри могут двигаться быстрее самой волны, внутри которой находятся. Это сравнивают с водоворотами в реке: отдельный вихрь может смещаться быстрее окружающего потока воды. Однако увидеть это напрямую долгое время не удавалось, поскольку процесс разворачивается на чрезвычайно малых временных и пространственных масштабах.

Наблюдение стало возможным благодаря работе команды под руководством Идо Каминера из Израильского технологического института Технион. Ученые исследовали поведение оптических вихрей в гексагональном нитриде бора — двумерном материале, который поддерживает особые волны, известные как фонон-поляритоны.

Ключевым инструментом стал специализированный высокоскоростной электронный микроскоп с беспрецедентным пространственным и временным разрешением. Он позволил фиксировать процессы, происходящие всего за 3 квадриллионных доли секунды. Исследователи многократно повторяли эксперимент, каждый раз с небольшим временным сдвигом, а затем объединили сотни изображений в единый таймлапс.

На полученной последовательности кадров ученые увидели, как вихри сближаются и аннигилируют друг с другом, причем непосредственно перед исчезновением их скорость очень кратко достигает сверхсветового значения. Авторы исследования подчеркивают, что это не означает реального нарушения фундаментальных законов физики: движение таких сингулярностей определяется изменением формы волны, а не переносом чего-либо через пространство быстрее света.

По словам исследователей, открытие важно не только для фундаментальной физики волн, но и для развития новых методов электронной интерферометрии и микроскопии.