Тінь від світла: вчені вперше в історії створили лазерний промінь, який відкидає тінь

У відкритті, яке кидає виклик традиційній оптиці, вченим вдалося змусити лазерний промінь відкидати власну тінь — подвиг, який раніше вважався неможливим, оскільки світло зазвичай проходить крізь інше світло без перешкод.

• Ніби звичайний недостатньо складний: вчені створили квантовий Кубик Рубика

Деталі

Дослідники з Брукхейвенської національної лабораторії під керівництвом фізика Рафаеля А. Абрахао досягли цього ефекту за допомогою нелінійного оптичного процесу з кристалом рубіна.

Тіні, які традиційно утворюються, коли предмет блокує світло, є повсякденним явищем. Вони виникають через нездатність світла проникати крізь непрозорі об’єкти, створюючи область, позбавлену освітлення. Однак команда Абрахао продемонструвала, що за певних умов саме світло, зокрема лазерний промінь, може блокувати інший промінь, утворюючи видиму тінь. За словами Абрахао, їх демонстрація дуже суперечливого оптичного ефекту спонукає переглянути наше уявлення про тінь.

Щоб створити цей ефект, команда направила потужний зелений лазер через кристал рубіна та освітила його перпендикулярно синім лазером. Коли зелений лазер взаємодіяв з рубіном, він змінював оптичні властивості кристала, збільшуючи поглинання синього світла та відкидаючи видиму тінь у формі зеленого лазера.

Ця тінь відповідала всім критеріям: вона була видима неозброєним оком, збігалася з контурами лазера та зміщувалася разом із рухом зеленого лазера, подібно до того, як поводиться традиційна тінь.

Це несподіване явище є результатом властивості, відомої як нелінійне оптичне поглинання. Такі матеріали, як рубін, демонструють нелінійну реакцію, тобто їх взаємодія зі світлом змінюється залежно від інтенсивності світла.

У цьому експерименті зелений лазерний промінь збільшив швидкість поглинання синього світла в кристалі рубіна. У результаті, коли синє світло виходило з рубіна, воно створювало темнішу область, де проходив зелений лазер, фактично відкидаючи тінь зеленого променя.

Рубін, добре відомий матеріал у нелінійній оптиці, був обраний через його здатність посилювати, поглинати та змінювати світло в інтенсивних умовах. Взаємодія між атомами рубіна та світлом створювала поляритони — квазічастинки, що утворилися в результаті взаємодії фотонів і атомів.

Ці поляритони, які мають деякі характеристики світла, але мають масу, дозволили лазеру блокувати частину шляху синього променя, таким чином створюючи тінь.

Дослідники досягли контрасту тіні приблизно на 22%, що можна порівняти з тінню дерева в сонячний день. Вони сподіваються, що це відкриття дозволить створити нові технології для керування світлом за допомогою світла, відкривши двері для передових технологій виготовлення, зображення та освітлення.

Наступні кроки включають дослідження інших матеріалів і довжин хвиль, щоб визначити додаткові способи досягнення подібних ефектів.

Це дослідження розширює межі оптичної науки та підкреслює потенціал взаємодії світла та матерії для відкриття нетрадиційних застосувань. Хоча нинішня увага зосереджена насамперед на розумінні цього явища, практичне використання може виникнути в областях, які вимагають складного контролю над пропусканням світла та взаємодією.

Раніше ми повідомляли, що у США старшокласниці запропонували "неможливе" доведення 2000-річного математичного правила.