Субатомные спринтеры: кто быстрее на скорости света?
Почему-то именно скорость света берут за константу невероятно быстрого перемещения в межзвездном пространстве, хотя существуют субатомные и еще только недавно открытые частицы и волны, не уступающие ему в скоростных качествах.
Свет состоит из безмассовых фотонов, которые перемещаются в вакууме со скоростью 300 000 км/с. Кроме них во вселенной присутствуют еще один тип безмассовых частиц - гравитоны, которые образуют гравитационное поле. Ученые зафиксировали, что также как и фотоны они могут перемещаться в вакууме со скоростью света.
Физикам известна еще одна крохотная частица - нейтрино. Она хоть и не безмассовая, но зато очень легкая. Загадочное нейтрино рождается в недрах Солнца и в других ядерных реакциях, но вся ее прелесть для нас заключается в том, что ее скорость тоже почти равна скорости света в вакууме.
Ученые смогли это очень легко обнаружить. В 1987 году астрономы зафиксировали вспышку сверхновой звезды SN1987A, которая расположена в Большом Магеллановом облаке на расстоянии 170 000 световых лет от нас. Космический взрыв произошел далеко в прошлом, но его отголоски дошли до нас в виде яркой вспышки и кратковременных всплесков излучения нейтрино, которые засекли в нескольких обсерваториях. На самом деле нейтрино пришли за несколько часов до светового импульса, правда, это не говорит о том, что их скорость превышала световую. Просто нейтрино начинают излучаться на самом раннем этапе коллапса звездного ядра. Но то же время нейтрино вместе со светом пропутешествовал почти 170 000 световых лет с расхождением всего в пару часов, что доказывает: скорости фотонов и нейтрино близки и не различаются даже на миллиардные доли.
А в прошлом году произошло событие GW170817 - слияние двух нейтронных звезд, из-за чего был зарегистрирован гравитационной-волной всплеск впервые в истории науки. И тоже не наблюдалось большой разницы в прибытии электромагнитных и гравитационных волн после этого гигантского столкновения звездных масс, которое случилась на расстоянии в 130 млн. световых лет от Земли. То есть скорости опять оказались равными.
Надо упомянуть, что свет сохраняет скорость в 300 000 км/с только в вакууме, но она уменьшается при прохождении лучей через другую среду. В воде свет медленней и сохраняет только 75% от вакуумной скорости. В таком случае возникает парадокс, когда высокозаряженные субатомные частицы начинают двигаться быстрей света, если соревнование происходит в отличной от вакуума среде. Этот эффект можно наглядно продемонстрировать в физике на примере световой ударной волны, которая похожа на возникновение ударных конусов при сверхзвуковом полете реактивных самолетов. Световая ударная волна появляется, когда рассеянный свет отстает от основного пучка из разнородной плотности и структуры материалов.
Если заряженная частица в определенной среде движется с вакуумной скоростью света, а сам свет замедляется на 20% из-за коэффициента преломления, то более энергичные частицы дают себя обнаружить через свечение, получившее название излучение Черенкова. Его легко заметить в виде мягкого голубоватого свечения, если заглянуть в бассейн с отработанным ядерным топливом на АЭС.