Ultrafast Camera Captures 'Sonic Booms' Af Lys Til Første Gang

{h1}

Ligesom fly, der flyver ved supersoniske hastigheder, skaber kegleformede soniske bomme, kan pulser af lys efterlade kegleformede lyssvagter. Nu har et superfast kamera taget den første video af disse begivenheder.

Ligesom fly, der flyver ved supersoniske hastigheder, skaber kegleformede soniske bomme, kan pulser af lys efterlade kegleformede lyssvagter. Nu har et superfast kamera taget den første video af disse begivenheder.

Den nye teknologi, der bruges til at gøre denne opdagelse, kunne en dag tillade forskere at hjælpe med at se neuronsbrand og image levende aktivitet i hjernen, siger forskere. [Uhyggelig! Top 10 Uforklarede Fænomener]

Videnskab bag teknologien

Når en genstand bevæger sig gennem luft, fremkalder den luften foran den væk, hvilket skaber trykbølger, der bevæger sig ved lydens hastighed i alle retninger. Hvis objektet bevæger sig med hastigheder svarende til eller større end lyd, overskrider den disse trykbølger. Som et resultat hælder trykbølgerne fra disse hastighedsobjekter op på toppen af ​​hinanden for at skabe stødbølger kendt som soniske bomme, som er beslægtede med tordenklubber.

Sonic booms er begrænset til koniske områder kendt som "Mach kegler", der primært strækker sig til bagsiden af ​​supersoniske objekter. Lignende begivenheder omfatter de V-formede buebølger, som en båd kan generere, når de rejser hurtigere end de bølger, den skubber ud af vejen, bevæger sig over vandet.

Tidligere undersøgelser foreslog, at lys kan generere koniske vågninger svarende til soniske bomme. For første gang har forskere nu forestillet disse svimlende "fotoniske Mach-kegler".

Lyset bevæger sig med en hastighed på ca. 186.000 miles i sekundet (300.000 kilometer pr. Sekund), når den bevæger sig gennem vakuum. Ifølge Einsteins relativitetsteori kan intet rejse hurtigere end lysets hastighed i et vakuum. Lyset kan imidlertid rejse langsommere end dets højeste hastighed - for eksempel flytter lyset gennem glas ved hastigheder på omkring 60 procent af dets maksimum. Faktisk har tidligere eksperimenter forsinket lyset mere end en million gange.

Det faktum, at lyset kan rejse hurtigere i et materiale end i et andet, hjalp forskere til at generere fotoniske Mach-kegler. Først studere forfatter forfatter Jinyang Liang, en optisk ingeniør ved Washington University i St. Louis, og hans kolleger designet en smal tunnel fyldt med tøris tåge. Denne tunnel blev sandwichet mellem plader fremstillet af en blanding af siliconegummi og aluminiumoxidpulver.

Derefter sparkede forskerne pulser af grønt laserlys - hver varede kun 7 picoseconds (trillionths of a second) - ned ad tunnelen. Disse impulser kunne sprede tørrefladerne i tunnelen og generere lysbølger, der kunne komme ind i de omgivende plader.

Det grønne lys, som forskerne brugte, rejste hurtigere inde i tunnelen end det gjorde i pladerne. Som sådan flyttede en laserpuls ned ad tunnelen en kegle af langsommere overlappende lysbølger bagved den inden i pladerne.

Brug af en

Ved hjælp af et "streak-kamera" har forskere forestillet et kegleformet lysvand, der kaldes en fotonisk Mach-kegle for første gang.

Kredit: Liang et al. Sci. Adv.2017; 3: e1601814

Streak kamera

For at fange video af disse uhyggelige lysdisponeringshændelser udviklede forskerne et "streak camera", der kunne fange billeder med en hastighed på 100 milliarder rammer per sekund i en enkelt eksponering. Dette nye kamera fangede tre forskellige synspunkter om fænomenet: en der fik et direkte billede af scenen og to, der registrerede tidsmæssige oplysninger om begivenhederne, så forskerne kunne rekonstruere, hvad der skete for hvert billede. I det væsentlige "sætter de forskellige stregkoder på hvert enkelt billede, så selvom de i løbet af dataindsamlingen er blandet sammen, kan vi sortere dem ud," sagde Liang i et interview.

Der er andre billeddannelsessystemer, der kan fange ultrafaste hændelser, men disse systemer skal normalt registrere hundredvis eller tusindvis af eksponeringer af sådanne fænomener, før de kan se dem. I modsætning hertil kan det nye system registrere ultrafaste hændelser med kun en enkelt eksponering. Dette gør det muligt at registrere komplekse uforudsigelige hændelser, der måske ikke gentager sig på samme måde hver gang de sker, som det var tilfældet med de fotoniske Mach-kegler, som Liang og hans kolleger indspillede. I så fald flyttede de små pletter det spredte lys tilfældigt.

Forskerne sagde, at deres nye teknik kunne vise sig nyttig til optagelse af ultrafaste hændelser i komplekse biomedicinske sammenhænge som levende væv eller flydende blod. "Vores kamera er hurtigt nok til at se neuroner ild og billede levende trafik i hjernen," Liang fortalte WordsSideKick.com. "Vi håber vi kan bruge vores system til at studere neurale netværk for at forstå, hvordan hjernen virker."

Forskerne uddybede deres resultater online 20. januar i tidsskriftet Science Advances.

Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com