翻转光子激波

对左手超材料逆切伦科夫辐射的实验验证

一组物理学家在一种特殊制造的结构——称为左手超材料——中直接观察到了光的逆激波。尽管这种效应首先是在40多年前被预言的，这是首次对这种效应的明确的实验验证。这项研究发表在了《物理评论快报》上，而11月2日出版的《物理学》（phyiscs.aps.org）的一篇观点文章重点介绍了它。

光在真空中的速度是终极的速度上限，但是光在玻璃和空气等物质中的运动速度更慢。快速运动的电子或其他带电粒子可以在短时间内在物质中超过光的速度，产生一种锥形光的激波，被称为切伦科夫辐射。在核反应堆冷却水中的这种奇异的蓝色辉光是粒子运动的速度超过水中的光速造成的。在正常的物质中，这种辐射是以指向前方的锥形释放出来的，然而，左手超材料对光具有不寻常的效应，可以把这个光锥的方向倒转过来。

当光进入玻璃这样的正常材料的时候，它会改变方向，让我们可以用镜片校正不良的视力。当光进入一种左手超材料的时候，光的方向改变与在正常物质中发生的相反。（这些材料是“左手”的，因为它们与“右手”的正常物质影响光的方式相反。）这就意味着在左手超材料中，比光还快的粒子的切伦科夫辐射锥应当是反向传播的。但是尽管在1968年它就被预言了，实验的困难让科学家无法证实这种效应。

如今，来自中国浙江大学和麻省理工学院的一组物理学家已经开发出了一种新的超材料结构，它可以成功地演示逆切伦科夫辐射。他们并没有向超材料注入比光更快的粒子，而是制造出了一种以二倍于光速运动的光学粒子类似物。这可以让他们得到比用实物粒子束实现的更强的逆切伦科夫光爆发。除了验证一个数十年前的理论预测，这项实验还提示了左手超材料的一种新的可能应用，也就是作为加速器和其他实验的高速粒子探测器。

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