Nii nagu ülehelikiirusel lendavad õhusõidukid loovad koonusekujulised helipommid, võivad valguse impulsid jätta koonusekujulised valguskeerutused taha. Nüüd on ülikiire kaamera jäädvustanud kõigi aegade esimese video nendest sündmustest.
Uue tehnoloogia abil, mida selle avastuse tegemiseks kasutati, võiksid teadlased ühel päeval aidata neuronite tulekahju jälgida ja ajus elavat aktiivsust pildistada, väidavad teadlased.
Teadus tehnika taga
Kui objekt liigub läbi õhu, ajab ta selle ees oleva õhu minema, tekitades rõhulaineid, mis liiguvad heli kiirusega igas suunas. Kui objekt liigub kiirusel, mis on võrdne või suurem kui heli, ületab see need rõhulained. Selle tulemusel kuhjuvad nendest kiiruseületamise objektidest tulenevad rõhulained üksteise peale, et tekitada helilainetena tuntud lööklaineid, mis sarnanevad äikese kopsakatega.
Helisignaalide poomid piirduvad koonuspiirkondadega, mida tuntakse "Mach-koonustena" ja mis ulatuvad peamiselt ülehelikiirusega objektide taha. Sarnaste sündmuste hulka kuuluvad V-kujulised vöörilained, mida paat võib tekitada kiiremini reisides, kui lained, mida ta endast välja surub, liiguvad üle vee.
Varasemad uuringud näitasid, et valgus võib tekitada heliliste poomidega sarnaseid koonilisi äratusi. Nüüd on teadlased esimest korda kujutanud neid tabamatuid "fotoonilisi Machi koonuseid".
Valgus liigub vaakumis liikudes kiirusega umbes 186 000 miili sekundis (300 000 kilomeetrit sekundis). Einsteini relatiivsusteooria kohaselt ei saa miski liikuda kiiremini kui valguse kiirus vaakumis. Valgus võib aga liikuda aeglasemalt kui selle tippkiirus - näiteks valgus liigub läbi klaasi kiirusega umbes 60 protsenti maksimaalsest kiirusest. Eelnevad katsed on tõepoolest aeglustanud valgust rohkem kui miljon korda.
Fakt, et valgus võib ühes materjalis liikuda kiiremini kui teises, aitas teadlastel tekitada footonilisi Mach-koonuseid. Esiteks, uuringu juhtiv autor Jinyang Liang, St. Louis Washingtoni ülikooli optikainsener ja tema kolleegid kavandasid kitsa tunneli, mis oli täidetud kuiva jää uduga. See tunnel asetati silikoonkummi ja alumiiniumoksiidi pulbri segust valmistatud plaatide vahele.
Seejärel lasid teadlased tunnelist alla rohelise laservalguse impulsse - kumbki kestis vaid 7 pikosekundit (triljondit sekundit). Need impulsid võivad hajutada tunnelis olevad kuiva jää täpid, tekitades valguslaineid, mis võivad siseneda ümbritsevatesse plaatidesse.
Roheline tuli, mida teadlased kasutasid, liikus tunnelis kiiremini kui plaatides. Kui laserimpulss liikus tunnelist allapoole, jättis see plaatide taha aeglasemalt liikuvate kattuvate valguslainete koonuse.
Vöötkaamera
Nendest tabamatutest valgust hajutavatest sündmustest video jäädvustamiseks töötasid teadlased välja "vöötkaamera", mis suudaks jäädvustada pilte ühe särituse korral kiirusega 100 miljardit kaadrit sekundis. See uus kaamera jäädvustas nähtuse kohta kolm erinevat vaadet: üks, mis sai stseenist otsese pildi, ja kaks, mis salvestasid sündmuste ajalise teabe, et teadlased saaksid juhtunut kaadri kaupa rekonstrueerida. Põhimõtteliselt panevad nad "igale pildile erinevad vöötkoodid, nii et isegi kui andmete hankimise ajal on need kõik omavahel segunenud, saame neid sorteerida," ütles Liang intervjuus.
On ka teisi pildisüsteeme, mis suudavad ülikiireid sündmusi jäädvustada, kuid tavaliselt peavad need süsteemid salvestama sadu või tuhandeid selliste nähtuste säritusi, enne kui nad neid näevad. Seevastu saab uus süsteem ülikiireid sündmusi salvestada vaid ühe säritusega. See võimaldab salvestada keerukaid ja ettearvamatuid sündmusi, mis ei pruugi korrata end iga kord täpselt samal viisil, nagu juhtus fotoniliste Mach-koonustega, mille Liang ja tema kolleegid salvestasid. Sel juhul liikusid valgust hajutavad pisikesed täkked ringi juhuslikult.
Teadlaste sõnul võib nende uus tehnika osutuda kasulikuks ülikiirete sündmuste registreerimisel keerulistes biomeditsiinilistes kontekstides, nagu elusad kuded või voolav veri. "Meie kaamera on piisavalt kiire, et jälgida neuronite tulekahjusid ja kuvada aju reaalajas liiklust," rääkis Liang Live Science'ile. "Loodame, et saame kasutada oma süsteemi närvivõrkude uurimiseks, et mõista, kuidas aju töötab."
Teadlased täpsustasid oma järeldusi veebis 20. jaanuaril ajakirjas Science Advances.
Algne artikkel teemal Live Science.
