Valo kulkee nopeasti, mutta ei äärettömän nopeasti. Valon äärellistä nopeutta havainnollistaa Zürichin teknillisen korkeakoulun (ETH) tutkijaryhmän kuvaama mustavalkoinen video, jossa näkyy laserpulssin lento ilman halki ja sen poukkoilu peilistä toiseen heidän laboratoriossaan.

Videoupotus näkyy hieman alempana.

Kamera oli syrjässä laserin tieltä, mutta säde erottuu kuvanauhalta saman ilmiön vuoksi kuin vahvat laserit näkyvät myös ihmissilmään: ilman molekyylit sirottavat sen valoa ympärilleen.

Videon kuvataajuus on 27 miljardia ruutua sekunnissa, eli yhden kuvaruudun aikana valo etenee vain 1,1 senttimetriä. Videon tausta on valotettu erikseen.

Alla näkyvässä videossa varsinainen kuvanauha alkaa kohdasta 1:06 – alku on tutkijoiden laatimaa oppimateriaalia. Kuvanauha toistuu videolla useita kertoja.

Näin nopean videon suora kuvaaminen on kuitenkin nykyteknologialla mahdotonta, joten Edoardo Charbonin johtamat tutkijat käyttivät epäsuoraa tekniikkaa, niin sanottua aikaikkunaskannausta (engl. time-gate scanning).

Tekniikka perustui siihen, että kuvattava ilmiö voidaan toistaa samanlaisena kerta toisensa jälkeen, Charbon selittää sähköpostissa T&T:lle. Niinpä tutkijat ampuivat laserin matkaan 250 kertaa, ja siirsivät joka kerralla hieman eteenpäin sitä hetkeä, jolloin kamera ottaa kuvan.

Kokonaisuudessaan videon ottaminen vei alle 30 sekuntia, paljastaa tutkijoiden tieteellinen artikkeli, jonka he ovat julkistaneet Arxiv-palvelussa. Arxivista voi ladata myös avi-tiedoston valon lennosta.

Vaikka videon tallennus siis vaatikin pientä trikkiä, lienee syytä korostaa, että se perustuu aitoon fysikaaliseen mittaukseen eikä esimerkiksi tietokonemallitukseen. Charbonin ja kollegoidensa käyttämiä laitteita ei voida myöskään moittia varsinaisesti kehnoiksi. Kamera toimii 3,8 nanosekunnin konkreettisella valotusajalla, mikä vastaa 260 miljoonaa kuvaa sekunnissa.

Kuten todettua, kuvan ottamisen ajankohtaa suhteessa laserpulssin lähtöhetkeen voitiin säätää vieläkin tarkemmin: 27 miljardia ruutua sekunnissa vastaa 36 pikosekunnin aika-askelta.

”Periaatteessa pystyisimme pienentämään aika-askelta 8 pikosekuntiin eli kuvataajuutta 125 miljardiin ruutuun sekunnissa”, Charbon lisää.

Tutkijoiden oma kiinnostus projektissaan kohdistui ennen kaikkea laservalon kolmiulotteisen kulun mallintamiseen havaintojen perusteella. Ylle upotetun videon oppimateriaali puolestaan korostaa sitä ilmiötä, että valon näennäinen kulkunopeus kamerasta katsoen riippuu sen kulkusuunnasta kameran suhteen ja voi ylittää valon nopeuden.

Ilmiö erottuu videolla hyvin. Vaikka mikään fyysinen hiukkanen ei voikaan edetä valoa nopeammin, näennäiset ilmiöt – kuten varjot tai laserosoittimen täplät – voivat.

Tutkimuksissa käytetty laservalo oli vihreää 510 nanometrin aallonpituudella ja pulssin kesto 130 pikosekuntia.

Videosta uutisoi ensimmäisenä New Scientist. Mainittakoon, että New Scientistin väite biljoonan eli 10^12 ruudun kuvataajuudesta (engl. trillion) ei pidä paikkaansa. Tieto vahvistettiin Charbonilta.