Tāpat kā lidmašīnas, kas lido ar virsskaņas ātrumu, rada konusveida skaņas strēles, gaismas impulsi var atstāt konusa formas gaismas pamodinājumus. Tagad superkamera ir iemūžinājusi pirmo reizi šo notikumu video.
Jaunā tehnoloģija, kas tika izmantota šī atklājuma veikšanai, kādu dienu varētu ļaut zinātniekiem palīdzēt novērot neironu aizdegšanos un uztvert smadzeņu dzīvās aktivitātes, saka pētnieki.
Zinātne aiz tehnoloģijas
Kad objekts pārvietojas pa gaisu, tas dzen gaisu tā priekšā, veidojot spiediena viļņus, kas pārvietojas ar skaņas ātrumu visos virzienos. Ja objekts pārvietojas ar ātrumu, kas vienāds vai lielāks par skaņu, tas pārspēj šos spiediena viļņus. Rezultātā spiediena viļņi no šiem ātruma pārsniegšanas objektiem sakrīt viens virs otra, lai radītu triecienviļņus, kas pazīstami kā skaņas strēles un kas ir līdzīgi pērkona skaļiem.
Skaņas strēles tiek ierobežotas ar koniskiem reģioniem, kas pazīstami kā "Maha konusi" un kuri galvenokārt atrodas virsskaņas priekšmetu aizmugurē. Līdzīgi notikumi ir V veida priekšgala viļņi, kurus laiva var radīt, ceļojot ātrāk nekā viļņi, kurus tā izspiež, pārvietojoties pa ūdeni.
Iepriekšējie pētījumi liecināja, ka gaisma var radīt koniskas modināšanas, kas līdzīgas skaņas strēlēm. Tagad zinātnieki pirmo reizi ir uztvēruši šos nenotveramos "fotoniskos Maha konusus".
Gaisma pārvietojas ar ātrumu 186 000 jūdzes sekundē (300 000 kilometru sekundē), pārvietojoties vakuumā. Saskaņā ar Einšteina relativitātes teoriju, nekas nevar ceļot ātrāk par gaismas ātrumu vakuumā. Tomēr gaisma var pārvietoties lēnāk nekā tās maksimālais ātrums - piemēram, gaisma pārvietojas caur stiklu ar ātrumu aptuveni 60 procenti no tā maksimālā. Patiešām, iepriekšējie eksperimenti ir palēninājuši apgaismojumu vairāk nekā miljons reizes.
Fakts, ka gaisma vienā materiālā var pārvietoties ātrāk nekā citā, palīdzēja zinātniekiem radīt fotoniskos Maha konusus. Pirmkārt, pētījuma vadošais autors Jinyang Liang, Vašingtonas universitātes Sentluisas optikas inženieris, un viņa kolēģi projektēja šauru tuneli, kas piepildīts ar sausa ledus miglu. Šis tunelis tika novietots starp plāksnēm, kas izgatavotas no silikona gumijas un alumīnija oksīda pulvera maisījuma.
Pēc tam pētnieki pa tuneli izšāva zaļas lāzera gaismas impulsus - katrs ilgst tikai 7 pikosekundēs (triljondas sekundes). Šie impulsi varētu izkaisīt sausā ledus plankumus tunelī, radot gaismas viļņus, kas varētu iekļūt apkārtējās plāksnēs.
Zaļā gaisma, ko zinātnieki izmantoja, tunelī devās ātrāk nekā plāksnēs. Tā kā lāzera impulss pārvietojās pa tuneli, tas atstāja lēnāk kustīgu, pārklājošu gaismas viļņu konusu aiz tā plāksnēs.
Svītru kamera
Lai iemūžinātu šo nenotveramo gaismu izkliedējošo notikumu video, pētnieki izstrādāja "svītru kameru", kas vienā ekspozīcijā varēja uzņemt attēlus ar ātrumu 100 miljardi kadru sekundē. Šī jaunā kamera uztvēra trīs dažādus fenomena skatus: vienu, kas ieguva tiešu ainas attēlu, un otru, kas reģistrēja informāciju par notikumiem laikā, lai zinātnieki varētu rekonstruēt notikušo kadru pa kadram. Būtībā viņi "katram attēlam ievieto atšķirīgus svītru kodus, lai pat tad, ja datu ieguves laikā tie visi būtu sajaukti, mēs tos varētu kārtot", intervijā sacīja Lians.
Ir arī citas attēlveidošanas sistēmas, kas var uztvert ļoti ātrus notikumus, taču šīm sistēmām parasti ir jāreģistrē simtiem vai tūkstošiem šādu parādību ekspozīcijas, pirms tās var tās redzēt. Turpretī jaunā sistēma var reģistrēt ļoti ātrus notikumus tikai ar vienu ekspozīciju. Tas ļauj reģistrēt sarežģītus, neparedzamus notikumus, kas katru reizi, iespējams, neatkārtojas tieši tādā pašā veidā, kā tas bija fotonisko Maha konusu gadījumā, kurus ierakstīja Liangs un viņa kolēģi. Tādā gadījumā sīkie plankumi, kas izkliedēja gaismu, pārvietojās nejauši.
Pētnieki sacīja, ka viņu jaunā tehnika varētu izrādīties noderīga, reģistrējot ultra ātros notikumus sarežģītos biomedicīnas apstākļos, piemēram, dzīvos audos vai plūstot asinīm. "Mūsu kamera ir pietiekami ātra, lai novērotu neironu aizdegšanos un attēlo dzīvās plūsmas smadzenēs," Liang stāstīja Live Science. "Mēs ceram, ka mēs varam izmantot mūsu sistēmu, lai izpētītu neironu tīklus, lai saprastu, kā darbojas smadzenes."
Zinātnieki detalizēti atklāja savus datus tiešsaistē 20. janvārī žurnālā Science Advances.
Oriģināls raksts par Live Science.
