Zatrzymać foton?

Pytanie

Pyta Michał

Jeżeli fotony nie posiadają masy spoczynkowej (czyli ich masa = 0) to jest to swojego rodzaju antymateria, gdyż mamy pewną rzecz bez masy. W związku z tym jeżeli moje rozumowanie jest poprawne to czy można zatrzymać foton w miejscu? Czy tego dokonano? Jak by wyglądał? Czy posiadałby właściwości antymaterii?

Odpowiedź

Odpowiada Jan Gaj

Pytanie porusza dwie ciekawe sprawy. Po pierwsze, foton stanowi swoją własną antycząstkę, a więc można go zaliczać zarówno do materii, jak i do antymaterii, niezależnie od tego, jak się porusza. Po drugie, spowolnienie, czy nawet zatrzymanie fotonów stanowi przedmiot aktualnych badań. Zjawisko to dotyczy prędkości grupowej światła. Jest to pojęcie, które wprowadza się dla paczki falowej, czyli impulsu fali harmonicznej (sinusoidalnej). Taki impuls, czyli obwiednia sinusoidy, biegnie właśnie z prędkością grupową, podczas gdy sama sinusoida wewnątrz impulsu porusza się z różną od niej prędkością fazową. Gdy mówimy, że współczynnik załamania fali świetlnej na przykład w wodzie jest równy stosunkowi prędkości światła w próżni do prędkości światła w wodzie, dotyczy to prędkości fazowej. Prędkość grupowa jest związana nie tylko z wartością współczynnika załamania, ale przede wszystkim z jego dyspersją, to znaczy zależnością od częstości fali świetlnej.

Więcej na ten temat można znaleźć w Wikipedii (po angielsku – slow light) albo w pracach oryginalnych – na przykład http://www.stanford.edu/group/fan/publication/Sandhu_APL_95_081103_2009.pdf

Należy podkreślić, że powyższa odpowiedź dotyczy prędkości światła w ośrodkach materialnych, bowiem w próżni porusza się ono zawsze z tą samą prędkością c. Ponadto, foton biegnący przez materię oddziałuje z nią, a w konsekwencji jego ruchowi towarzyszy lokany ruch ośrodka materialnego. Mamy więc do czynienia z ruchem fali składającej się z pola elektromagnetycznego i ruchu elementów ośrodka (przede wszystkim elektronów). Zamiast o fotonach mówi się często w takiej sytuacji o kwazicząstkach zwanych polaritonami.