پرتو نور مستقل: پرتوهای نور ویژه‌ای که می‌توانند حتی از مواد مات نیز عبور کنند.

منتشر‌شده در scitechdaily به تاریخ ۱۲ آوریل ۲۰۲۱
لینک منبع Indestructible Light Beam: Special Light Waves Created That Can Penetrate Even Opaque Materials

محققان در دانشگاه اوترخت و دانشگاهTU-Wien (وین) امواج نوری خاصی ایجاد می‌کنند که حتی می‌توانند به مواد مات نفوذ کنند، انگار که مواد حتی آنجا وجود هم نداشته باشند. چرا شکر شفاف نیست؟ چون نوری که به یک تکه شکر نفوذ می‌کند پراکنده، تغییر کرده و به شیوه‌ای بسیار پیچیده منحرف می‌شود. با این حال، همانطور که یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه توین (وین) و دانشگاه اوترخت (هلند) نشان داده‌اند، طبقه‌ای از امواج نوری بسیار خاص وجود دارد که این امر برای آن‌ها صدق نمی‌کند: برای هر محیط آشفته خاص-مانند قند مکعبی که شما می‌توانید در قهوه خود قرار دهید-می‌توان پرتوهای نور سفارشی ساخت که عملا توسط این محیط تغییر نمی‌کنند، اما فقط تضعیف می‌شوند. پرتو نور به محیط نفوذ می‌کند، و یک الگوی نور به طرف دیگر می‌رسد که شکل یکسانی دارد، انگار که محیط اصلا آنجا نبود.

این ایده «حالت‌های نور پراکندگی-ثابت» نیز می‌تواند به طور خاص برای بررسی داخل اشیا مورد استفاده قرار گیرد. در حال حاضر نتایج در مجله طبیعت فوتونیک منتشر شده است.

ممکن است به مطالعه مقاله نمایش تصاویر جدید هابل: چشم‌اندازه‌ یک کهکشان در حال مردن علاقمند باشید.

یک عدد نجومی از اشکال موج ممکن

امواج روی سطح آب متلاطم می‌توانند به اشکال مختلف نامحدود باشند- و به شیوه‌ای مشابه، امواج نور نیز می‌توانند به اشکال مختلف بی‌شماری ساخته شوند. پروفسور استفان روتر از موسسه فیزیک نظری در TU Wien توضیح می‌دهد: «هر یک از این الگوهای موج سبک، هنگامی که آن را از طریق یک محیط آشفته ارسال می‌کنید، به شیوه‌ای بسیار خاص تغییر کرده و منحرف می‌شوند.»

استفان روتر همراه با تیمش در حال توسعه روش‌های ریاضی برای توصیف چنین اثرات پراکندگی نوری است. تخصص تولید و مشخصه‌یابی چنین میدان‌های نوری پیچیده‌ای توسط تیم پروفسور آلارد موسک در دانشگاه اوترخت انجام شد. آلارد موسک، رئیس گروه تحقیقاتی تجربی توضیح می‌دهد: «به عنوان یک محیط پراکندگی نور، ما از یک لایه اکسید روی-یک پودر مات و سفید از نانوذرات کاملا تصادفی مرتب شده-استفاده کردیم.»

اول، شما باید این لایه را دقیقا مشخص کنید. شما سیگنال‌های نور بسیار خاصی را از طریق پودر اکسید روی می‌تابانید و اندازه‌گیری می‌کنید که چگونه آن‌ها به ردیاب پشت آن می‌رسند. با توجه به این، شما می‌توانید نتیجه بگیرید که چگونه هر موج دیگری توسط این محیط تغییر می‌کند - به طور خاص، شما می‌توانید به طور خاص محاسبه کنید که کدام الگوی موج توسط این لایه اکسید روی تغییر می‌کند دقیقا همانطور که گویی پراکندگی موج به طور کامل در این لایه وجود ندارد.

استفان روتر می‌گوید: «همانطور که ما قادر به نشان دادن بودیم، یک کلاس بسیار خاص از امواج نور وجود دارد - به اصطلاح حالت‌های نور پراکندگی-ثابت، که دقیقا الگوی موج یکسانی را در ردیاب تولید می‌کند، صرف‌نظر از اینکه آیا موج نور تنها از طریق هوا فرستاده شده است یا اینکه باید به لایه اکسید روی پیچیده نفوذ کند.» آلارد موسک توضیح می‌دهد: «در این آزمایش، ما می‌بینیم که اکسید روی در واقع شکل این امواج نوری را اصلا تغییر نمی‌دهد-آن‌ها به طور کلی کمی ضعیف‌تر می‌شوند.»

یک صورت فلکی درخشان در ردیاب نور

همان طور که این حالت‌های نور پراکندگی ثابت ممکن است خاص و نادر باشند، با تعداد نظری نامحدود امواج نور ممکن، هنوز هم می‌توان بسیاری از آن‌ها را یافت. و اگر شما چند مورد از این حالت‌های نور پراکندگی-ثابت را به روش درست ترکیب کنید، دوباره یک شکل موج پراکندگی-ثابت به دست می‌آورید.

جیرون بوش، که به عنوان یک دانشجویPhD بر روی این آزمایش کار کرده است، می‌گوید: «به این ترتیب، حداقل در محدوده خاصی، شما کاملا آزاد هستید که انتخاب کنید کدام تصویر را می‌خواهید بدون دخالت از میان شی ارسال کنید.» برای آزمایش ما یک صورت فلکی را به عنوان مثال انتخاب کردیم: دب اکبر. و در واقع، می‌توان یک موج پراکندگی ثابت را تعیین کرد که تصویری از دب‌اکبر را به ردیاب می‌فرستد، بدون توجه به اینکه آیا موج نور توسط لایه اکسید روی پراکنده شده است یا خیر. برای ردیاب، نور در هر دو حالت تقریبا یک‌سان به نظر می‌رسد.

مطالعه مقاله آخرین شبکه نورون‌ها، بزرگ‌ترین معادلات دنیا را در سریع‌ترین زمان ممکن حل کردند. توصیه می‌شود.

نگاهی به داخل سلول

این روش یافتن الگوهای نوری که به یک شی تا حد زیادی دست‌نخورده نفوذ می‌کند نیز می‌تواند برای روش‌های تصویربرداری مورد استفاده قرار گیرد. در بیمارستان‌ها، از اشعه ایکس برای نگاه کردن به داخل بدن استفاده می‌شود - آن‌ها طول‌موج کوتاه‌تری دارند و بنابراین می‌توانند به پوست ما نفوذ کنند. متیاس کومایر، دانشجوی دکتری که روی شبیه‌سازی کامپیوتری پخش موج‌ها کار میکن می‌گوید: "اما روشی که یک موج نور به یک شی نفوذ می‌کند، نه تنها به طول‌موج بلکه به شکل موج نیز بستگی دارد. اگر می‌خواهید نور را در یک شی در نقاط خاصی متمرکز کنید، روش ما فرصت‌های کاملا جدیدی را باز می‌کند. ما توانستیم نشان دهیم که با استفاده از روش ما توزیع نور در داخل لایه اکسید روی نیز می‌تواند به طور خاص کنترل شود." این می‌تواند برای آزمایش‌ها بیولوژیکی جالب باشد، به عنوان مثال، جایی که شما می‌خواهید نور را در نقاط بسیار خاصی معرفی کنید تا به عمق سلول‌ها نگاه کنید.

آنچه که انتشار مشترک دانشمندان هلند و اتریش نشان می‌دهد این است که هم‌کاری بین‌المللی بین نظریه و آزمایش برای دستیابی به پیشرفت در این زمینه از تحقیق تا چه حد مهم است.

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله علم فیزیک ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.