חוקרים בטכניון מדדו את מהירות "נקודות החושך" בגלי אור

29 מרץ, 2026

הניסוי בוצע במכשיר מיוחד שפותח בטכניון ואישש תחזית מפתיעה בת 50 שנה: מערבולות עשויות לנוע מהר יותר מהגל שבו הן נוצרות, בלא קשר אם מדובר בגלי נוזלים, בגלי קול או בגלי אור. כלומר, "החושך" מהיר מהאור

חוקרים בטכניון מדדו את מהירות "נקודות החושך" בגלי אור

בתמונה למעלה: פרופ' עדו קמינר מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים בטכניון. צילום: ניצן זוהר, דוברות הטכניון

קבוצת מחקר מהטכניון הצליחה להגיע להישג חסר תקדים במיקרוסקופיית אלקטרונים: מדידה ישירה של "נקודות חושך" בתוך גלי אור. המדידה הזו מאשרת ניבוי המוכר משנות ה-70, שלפיו מהירותן של אותן נקודות גבוהה ממהירות האור. מאמר המתאר את המחקר פורץ הדרך פורסם בכתב העת המדעי Nature. המחקר הובל על-ידי חוקרי הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים בטכניון, פרופ' עדו קמינר, הדוקטורנטים תומר בוכר ואלכסיי גורלך, וד"ר שי צסס שעשה את הדוקטורט שלו במעבדה של פרופ' גיא ברטל מהטכניון וכיום הוא פוסט–דוקטורנט ב-MIT.

"נקודות החושך" הן מעין "חורים" זעירים במבנה הגל, או מערבולות. מערבולות הן תופעה נפוצה בטבע, ואנו פוגשים אותן בגלי הים, בזרמי אוויר בשמיים ואפילו בקפה – כשאנחנו מערבבים אותו וכשאנו שופכים אותו לכיור. כבר בשנות ה-70 הועלתה תחזית תאורטית מפתיעה בנושא זה: מערבולות עשויות לנוע מהר יותר מהגל שבו הן נוצרות. כך למשל, מערבולת בנהר יכולה לנוע מהר יותר מזרם המים שבתוכו היא מתקיימת. המחקר שבוצע בטכניון הוכיח שהתופעה זו אינה רק אפשרית – אלא שהיא מתקיימת בטבע. כיצד זה ייתכן? הרי איינשטיין קבע שמהירות האור בריק היא גבול המהירות המוחלט.

זהו שלא בדיוק; תורת היחסות קבעה כי גבול המהירות הזה תקף רק לחומר בעל מסה ולאותות הנושאים אנרגיה או מידע. המערבולות שנמדדו הן חסרות מסה ואינן נושאות אנרגיה או מידע, ולכן אינן סותרות את ה"איסור" של איינשטיין. מערבולות האור האלה, מסבירים חוקרי הטכניון, הן מעין "נקודות אפס" או "שקעים" הנוצרים בתוך גלי האור – נקודות שבהן משרעת הגל מתאפסת. בשפה ציורית יותר, אלה הן נקודות של חושך מוחלט. התופעה נחזתה לפני כ-50 שנה בעקבות ניתוח תיאורטי של התאבכות גלים אקראיים. מאז נעשו ניסיונות רבים להדגים אותה באופן ניסויי, אולם ללא הצלחה.

התגלית תסייע בפיתוח טכנולוגיות חדשות

חוקרי הטכניון בנו מתקן ייחודי לאינטרפרומטריה של אלקטרונים במרכז למיקרוסקופיית אלקטרונים בטכניון (מיק"א), המשלב מערכת לייזר עם מערכת אופטו–מכנית בתוך מיקרוסקופ אלקטרוני, אשר שברה שיא בשילוב בין רזולוציה זמנית ומרחבית. המערבולות, או "נקודות החושך", נמדדו בחומר מיוחד (hBN) שהוכן על-ידי פרופ' חנן הרציג שיינפוקס מאוניברסיטת בר אילן. בחומר זה, גלי האור הופכים לגלי "אור–קול" מיוחדים (פולריטונים). ניתן לדמות אותם לגלי אור הנעים לאט במיוחד (איטיים פי 100 ממהירות האור בריק), או לגלי קול הנעים במהירות גדולה במיוחד (בהשוואה לגלי קול).

דווקא בתוך הגלים ה"מואטים" האלה עשויות מערבולות האור "לזנק" ולחצות את מהירות האור. לדברי פרופ' קמינר, "התגלית שלנו חושפת חוקי טבע אוניברסליים המשותפים לכל סוגי הגלים – החל בגלי קול וזרמי נוזלים ועד למערכות מורכבות של מוליכי–על. פריצת הדרך הזו מעניקה לנו כלי טכנולוגי רב–עוצמה: יכולת למפות תנועה של תופעות ננומטריות עדינות בחומרים. אנחנו מאמינים ששיטות המיקרוסקופיה החדשניות האלה יאפשרו לחקור תהליכים נסתרים בפיזיקה, בכימיה ובביולוגיה, ולגלות כיצד הטבע מתנהג ברגעים המהירים והחבויים ביותר שלו".

המדידה של מערבולות האור עשויה לייצר נתיבי מחקר ופיתוח חדשים ולתרום לפיתוח טכנולוגיות מיקרוסקופיה, אופטיקה מבוססת מבנים ננומטריים, מוליכי–על, ושיטות לקידוד מידע קוונטי בחומרים. המחקר קיבל תמיכה של האיחוד האירופי (תוכנית Horizon 2020), קרן מור (Moore Foundation) ומרכז הקוונטום ע"ש הלן דילר בטכניון. דר' ארתור נידרמאייר, הראל נהרי, פרופ' קנגפנג וואנג, דר' יובל אדיב, ותום לנקייביץ', בהובלת ד"ר מיכאל ינאי בנו את מערכת הניסויי וביצעו את הניסויים. דר' צ'ינג–הווי יאן ורון רוימי תמכו בניתוח התיאורטי.