Tốc độ ánh sáng phụ thuộc vào hướng

Ánh sáng không đi cùng một tốc độ theo mọi hướng dưới ảnh hưởng của trường điện từ. Mặc dù đã được dự đoán theo lý thuyết nhưng đây lần đầu tiên hiệu ứng phản trực giác này đã được một nhóm nghiên cứu đến từ Pháp chứng minh thực nghiệm trong một chất khí.

Các nhà nghiên cứu đã đo được sự khác biệt giữa tốc độ lan truyền của ánh sáng theo một hướng và hướng ngược lại với độ chính xác tuyệt đối, khoảng một phần tỷ giây. Kết quả này đã mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu chuyên sâu hơn nhằm mục tiêu cải tiến mô hình mô phỏng tương tác hạt cơ bản. Nghiên cứu được đăng trên Tạp chí Physical Review Letters này cũng đã chỉ ra những khả năng ứng dụng mới trong quang học.

Trong chân không tuyệt đối, ánh sáng đi với tốc độ không đổi là 299.792.458 m/s. Dường như hiển nhiên rằng, ánh sáng sẽ lan truyền cùng tốc độ theo mọi hướng. Tuy nhiên, trái với trực giác, có những trường hợp mà ở đó đặc điểm này không đúng, đặc biệt là khi có mặt điện trường và từ trường. Những trường hợp như vậy đầu tiên đã được dự đoán theo lý thuyết vào cuối những năm 1970 và đã được quan sát trong chân không. Tuy nhiên, những biến đổi rất nhỏ đó rất khó xác minh bằng thực nghiệm.

Tiến bộ công nghệ ngày nay có thể giúp phát hiện những hiệu ứng này trong chất khí (trong trường hợp này là ni-tơ). Để quan sát chúng, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một thiết bị cộng hưởng quang học mà ở đó chùm ánh sáng đi qua một thiết bị và điện cực tạo ra điện từ trường cực mạnh (từ trường được sử dụng mạnh gấp 20.000 lần so với từ trường Trái Đất).

Theo cách này, lần đầu tiên họ đã chứng minh thành công bằng thử nghiệm rằng ánh sáng không đi cùng một tốc độ theo các hướng đối lập nhau trong chất khí có sự hiện diện của điện từ trường. Sự khác biệt về vận tốc đo được là khoảng 1 phần tỷ giây (tương đương với 10-18 lần tốc độ ánh sáng). Sự khác biệt vô cùng nhỏ đã được dự đoán theo lý thuyết này do điện từ trường gây ra.

Các kết quả này mở ra nhiều hướng đi mới. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu có thể có các số đo về tính dị hướng của sự lan truyền ánh sáng để được mở rộng thậm chí xa hơn. Bằng cách tăng độ nhạy của thiết bị đo, một ngày nào đó có thể quan sát được độ gián đoạn tính bằng phút của tính bất biến Lorentz, phép đối xứng cơ bản thể hiện một phần của thuyết tương đối.

Điều này cũng có thể giúp thử nghiệm một số gợi ý lý thuyết nhằm cải thiện mô hình chuẩn (mô hình mà ngày nay đang được sử dụng mô phỏng tất cả các tương tác giữa các hạt cơ bản). Thứ hai, tính dị hướng do điện từ trường quy định đó có thể mở nhiều ứng dụng mới trong quang học như các bộ phận có hành vi khác nhau tùy thuộc vào hướng; mọi thứ đều được điều khiển bằng một từ trường.