Баш као што авиони који лете суперсоничним брзинама стварају звучне бокове у облику конуса, светлосни импулси могу иза себе оставити конусе у облику конуса. Сада је супер брза камера снимила први видео снимак тих догађаја.
Нова технологија кориштена за то откриће могла би једног дана омогућити научницима да гледају како неурони пуцају и сликају живу активност у мозгу, кажу истраживачи.
Наука која стоји иза технологије
Када се предмет креће ваздухом, он потискује ваздух испред себе, стварајући таласе притиска који се крећу брзином звука у свим правцима. Ако се објект креће брзином једнаком или већом од звука, он надмашује те притиске. Као резултат тога, таласи притиска из ових убрзавајућих објеката накупљају се један на другог како би створили ударне таласе познате као звучни буми, слични грмљавинским ударцима.
Звучни носачи ограничени су на конусне области познате као "Мацхове конусе" које се протежу првенствено на стражњој страни надзвучних објеката. Слични догађаји укључују и лучне таласе у облику слова В које чамац може да ствара када путује брже од таласа које потискује да се крећу преко воде.
Претходна истраживања сугерисала су да свјетлост може створити стожасте валове сличне звучним пуповима. Научници су први пут замислили ове неухватљиве „фотонске Махове конусе“.
Светлост путује брзином од око 186.000 миља у секунди (300.000 километара у секунди) током кретања кроз вакуум. Према Аинстеиновој теорији релативности, ништа не може да путује брже од брзине светлости у вакууму. Међутим, светлост може да путује спорије од своје највеће брзине - на пример, светлост се креће кроз стакло брзином од око 60 процената од његове максималне. Заиста, претходни експерименти су успорили светлост више од милион пута.
Чињеница да светлост може да путује брже у једном материјалу него у другом помогла је научницима да стварају фотонске Мацхове конусе. Прво, главни аутор студије Јинианг Лианг, оптички инжењер са Универзитета Васхингтон у Ст. Лоуису, и његове колеге дизајнирали су уски тунел испуњен сувом леденом маглом. Овај тунел је пробушен између плоча израђених од мешавине силиконске гуме и праха алуминијум оксида.
Затим су истраживачи испалили импулсе зелене ласерске светлости - сваки у трајању од само 7 пикосекунди (трилијуне секунде) - низ тунел. Ти би импулси могли да распрше мрље сувог леда у тунелу, стварајући светлосне таласе који би могли ући у околне плоче.
Зелено светло које су научници користили путовало је брже у тунелу него што је било на плочама. Као такав, док се ласерски импулс кретао низ тунел, оставио је иза плоче конус спорије прелазећих светлосних таласа иза себе.
Стреак камера
Да би снимили видео ових неухватљивих догађаја распршивања светлости, истраживачи су развили "стреак камеру" која је могла снимити слике брзином од 100 милијарди сличица у секунди у једној изложености. Ова нова камера снимила је три различита погледа на феномен: један који је стекао директну слику сцене, и два која је снимала временске информације о догађајима како би научници могли да реконструишу оно што се догодило кадром по кадар. У суштини, они "постављају различите бар кодове на сваку појединачну слику, тако да чак и ако се током прикупљања података сви мешају заједно, можемо их решити", рекао је Лианг у интервјуу.
Постоје и други сликовни системи који могу да забиљеже веома брзе догађаје, али ови системи обично требају да забележе стотине или хиљаде излагања таквим појавама пре него што их могу уочити. Супротно томе, нови систем може да снима изузетно брзе догађаје са само једном изложеношћу. То је подложно снимању сложених, непредвидивих догађаја који се можда неће поновити на исти начин сваки пут када се догоде, као што је то био случај са фотонским Мацховим конусима које су Лианг и његове колеге снимили. У том случају, сићушне мрље које су распршиле светлост кретале су се насумично.
Истраживачи су рекли да би се њихова нова техника могла показати корисном у снимању ултрабрзих догађаја у сложеним биомедицинским контекстима, попут живих ткива или проточне крви. "Наша камера је довољно брза да гледамо како неурони пуцају и сликају живи саобраћај у мозгу", рекао је Лианг за Ливе Сциенце. "Надамо се да ћемо моћи да користимо наш систем за проучавање неуронских мрежа да бисмо разумели како мозак функционише."
Научници су детаљно открили своја открића на мрежи 20. јануара у часопису Сциенце Адванцес.
Оригинални чланак о Ливе Сциенце.
