Ahogy a szuperszonikus sebességgel repülő repülőgépek kúp alakú hangszórókat hoznak létre, a fényimpulzusok kúp alakú fényerőket hagyhatnak hátra. Most egy szupergyors kamera rögzítette az események első videóját.
A felfedezéshez használt új technológia egy nap lehetővé teheti a tudósok számára, hogy figyeljék az idegsejtek tüzet és az agyban zajló élő tevékenységeket.
A tudomány a technológia mögött
Amikor egy tárgy mozog a levegőn, elmozdítja a levegőt előtte, és nyomáshullámokat hoz létre, amelyek a hang sebességével minden irányba mozognak. Ha az objektum a hanggal megegyező vagy annál nagyobb sebességgel mozog, akkor az túlnyomja ezeket a nyomáshullámokat. Ennek eredményeként az ezekből a gyorshajtó tárgyakból származó nyomáshullámok egymás fölé halmozódnak, és így hangszóróknak nevezett sokkhullámok alakulnak ki, amelyek a mennydörgéshez hasonlóak.
A hangszórók a „Mach kúpoknak” nevezett kúpos régiókra korlátozódnak, amelyek elsősorban a szuperszonikus tárgyak hátuljára terülnek el. Hasonló események a V-alakú íjhullámok, amelyeket egy hajó generálhat, ha gyorsabban halad, mint a vízből áthaladó hullámok.
A korábbi kutatások azt sugallták, hogy a fény kúpos ébresztéseket hozhat létre, hasonlóan a hangszórókhoz. Most a tudósok először képezik meg ezeket a megfoghatatlan "fotonikus Mach-kúpokat".
A fény vákuumban haladva körülbelül 186 000 mérföld / másodperc (300 000 km / s) sebességgel halad. Einstein relativitáselmélete szerint semmi sem haladhat gyorsabban, mint a fénysebesség vákuumban. A fény azonban lassabban haladhat, mint a maximális sebessége - például a fény az üvegben áthalad a maximális sebességének körülbelül 60% -ának megfelelő sebességgel. Valójában a korábbi kísérletek több mint egymilliószor lelassították a fényt.
Az a tény, hogy az egyik anyagban a fény gyorsabban haladhat, mint a másikban, segített a tudósoknak fotonikus Mach-kúpok előállításában. Először a tanulmány vezető szerzője, Jinyang Liang, a St. Louis-i washingtoni egyetem optikai mérnöke és munkatársai szűk jégködös alagútot terveztek. Ezt az alagutat szilikongumi és alumínium-oxid-por keverékéből készített lemezek között szétterítették.
Ezután a kutatók zöld lézerfény impulzusokat - mindegyiknek mindössze 7 pikosekundumot (másodperc billió másodperc) tartott - lőtt az alagútban. Ezek az impulzusok szétszórhatják az alagútban levő szárazjég foltjait, és fényhullámokat generálhatnak, amelyek bejuthatnak a környező lemezekbe.
A tudósok által használt zöld fény gyorsabban haladt az alagútban, mint a lemezek. Mint ilyen, amikor egy lézerimpulzus elmozdult az alagútban, egy lassabban mozgó átfedő fényhullám kúpja maradt a lemezek mögött.
Csík kamera
A megkísérelhetetlen fényszóródó események videofelvételéhez a kutatók kifejlesztettek egy "szalagos kamerát", amely képességeket képes felvenni másodpercenként 100 milliárd képkocka sebességgel egyetlen expozícióval. Ez az új kamera a jelenség három különböző nézetét rögzítette: az egyik közvetlen a képet jelentette, a másik pedig azt, amely az események időbeli információit rögzítette, hogy a tudósok képkockánként rekonstruálhassák a történt eseményeket. Lényegében "különféle vonalkódokat helyeznek el minden egyes képen, így még ha az adatgyűjtés során is összekeverednek, rendezhetjük őket” - mondta Liang egy interjúban.
Vannak más képalkotó rendszerek is, amelyek ultragyors eseményeket tudnak rögzíteni, de ezeknek a rendszereknek általában több száz vagy ezer expozíciót kell felvenniük az ilyen jelenségek előtt, mielőtt láthatnák őket. Ezzel szemben az új rendszer egyetlen expozícióval képes ultragyors eseményeket rögzíteni. Ez bonyolult, kiszámíthatatlan események rögzítésére szolgál, amelyek valószínűleg nem mindig pontosan ugyanolyan módon ismétlődnek meg, amikor történnek, mint például a fotonikus Mach-kúpok esetében, amelyeket Liang és kollégái rögzítettek. Ebben az esetben a fényt szétszórt apró foltok véletlenszerűen mozogtak.
A kutatók szerint az új technika hasznosnak bizonyulhat az ultragyors események rögzítésében olyan összetett orvosbiológiai környezetben, mint például élő szövetek vagy áramló vér. "A kameránk elég gyors ahhoz, hogy az idegsejtek tüzet nézhessenek és az agyban élő forgalmat lehessen képezni" - mondta Liang a Live Sciencenek. "Reméljük, hogy rendszerünkkel neurális hálókat tanulmányozhatunk, hogy megértsük, hogyan működik az agy."
A tudósok részletesen részletezték eredményeiket online, január 20-án, a Science Advances folyóiratban.
Eredeti cikk az élő tudományról.
