Rovnako ako lietadlá lietajúce nadzvukovými rýchlosťami vytvárajú kužeľovité zvukové ramená, pulzy svetla môžu zanechávať za sebou kužeľovité prebudenie svetla. Super rýchla kamera teraz zaznamenala vôbec prvé video z týchto udalostí.
Nová technológia použitá na tento objav by mohla jedného dňa dovoliť vedcom pomáhať pri sledovaní neurónov pri ohňoch a pri živej aktivite obrazu v mozgu.
Veda za tech
Keď sa objekt pohybuje vzduchom, poháňa vzduch pred ním a vytvára tlakové vlny, ktoré sa pohybujú rýchlosťou zvuku vo všetkých smeroch. Ak sa objekt pohybuje rýchlosťou rovnakou alebo vyššou ako zvuk, predbehne tieto tlakové vlny. Výsledkom je, že tlakové vlny z týchto urýchľujúcich objektov sa hromadí nad sebou a vytvárajú rázové vlny známe ako zvukové výložníky, ktoré sú podobné tlmeniu hrmenia.
Sonické výložníky sa obmedzujú na kónické oblasti známe ako „machové kužele“, ktoré siahajú predovšetkým do zadnej časti nadzvukových predmetov. K podobným udalostiam patria lukové vlny v tvare písmena V, ktoré môže loď generovať pri rýchlejšej cestovaní než vlny, ktoré vytláča z cesty, sa pohybujú po vode.
Predchádzajúci výskum naznačil, že svetlo môže vytvárať kónické prebudenie podobné zvukovým boomom. Teraz vedci po prvýkrát zobrazujú tieto nepolapiteľné „fotonické Machove šišky“.
Svetlo cestuje rýchlosťou približne 186 000 míľ za sekundu (300 000 kilometrov za sekundu), keď sa pohybuje vo vákuu. Podľa Einsteinovej teórie relativity nemôže nič cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla vo vákuu. Svetlo však môže cestovať pomalšie ako jeho najvyššia rýchlosť - napríklad svetlo sa pohybuje sklom rýchlosťou približne 60 percent svojej maximálnej hodnoty. Predchádzajúce experimenty skutočne spomalili svetlo viac ako miliónkrát.
Skutočnosť, že svetlo môže cestovať rýchlejšie v jednom materiáli ako v inom, pomohla vedcom vytvoriť fotonické Machove šišky. Po prvé, vedúci štúdie Jinyang Liang, optický inžinier na Washingtonskej univerzite v St. Louis, a jeho kolegovia navrhli úzky tunel naplnený suchou ľadovou hmlou. Tento tunel bol vložený medzi platne vyrobené zo zmesi silikónového kaučuku a prášku oxidu hlinitého.
Vedci potom vystrelili tunelom pulzy zeleného laserového svetla, z ktorých každé trvalo iba 7 pikosekúnd (bilióntiny sekundy). Tieto impulzy by mohli rozptýliť škvrny suchého ľadu v tuneli a vytvárať svetelné vlny, ktoré by mohli vstupovať do okolitých dosiek.
Zelené svetlo, ktoré vedci používali, cestovalo v tuneli rýchlejšie ako v doskách. Keď sa laserový impulz pohyboval po tuneli, zanechal za doskou v doštičkách kónus pomalšie sa prekrývajúcich svetelných vĺn.
Pruhová kamera
Na zachytenie videa o týchto prchavých udalostiach rozptyľujúcich svetlo vyvinuli vedci „bleskovú kameru“, ktorá dokáže zachytiť obrázky rýchlosťou 100 miliárd snímok za sekundu pri jednej expozícii. Táto nová kamera zachytila tri rôzne pohľady na fenomén: jeden, ktorý získal priamy obraz scény, a dva, ktoré zaznamenali časové informácie o udalostiach, aby vedci mohli rekonštruovať to, čo sa stalo po jednotlivých snímkach. V podstate „vkladajú rôzne čiarové kódy na každý jednotlivý obrázok, takže aj keď sú všetky pri zhromažďovaní údajov zmiešané, môžeme ich vyriešiť,“ uviedol Liang v rozhovore.
Existujú aj ďalšie zobrazovacie systémy, ktoré dokážu zachytiť ultrarýchle udalosti, ale tieto systémy obyčajne potrebujú zaznamenať stovky alebo tisíce expozícií takýchto javov skôr, ako ich uvidia. Naproti tomu nový systém dokáže zaznamenať ultrarýchle udalosti iba s jednou expozíciou. To sa hodí na zaznamenávanie zložitých, nepredvídateľných udalostí, ktoré sa nemusia opakovať presne rovnakým spôsobom zakaždým, keď k nim dôjde, ako to bolo v prípade fotonických Machových šišiek, ktoré zaznamenal Liang a jeho kolegovia. V takom prípade sa drobné škvrny rozptyľujúce svetlo náhodne pohybovali.
Vedci tvrdia, že ich nová technika by mohla byť užitočná pri zaznamenávaní ultrarýchlych udalostí v zložitých biomedicínskych kontextoch, ako sú živé tkanivá alebo tečúca krv. „Naša kamera je dostatočne rýchla na to, aby sledovala oheň neurónov a živý obraz v mozgu,“ povedal Liang pre Live Science. „Dúfame, že náš systém môžeme použiť na štúdium neurónových sietí, aby sme pochopili, ako mozog funguje.“
Vedci podrobne popísali svoje zistenia online 20. januára v časopise Science Advances.
Pôvodný článok o živej vede.
