Идеално прозрачен материал е невъзможен – и това не е инженерно ограничение, а природен закон, доказаха теоретични физици в статия на сървъра за препринти arXiv.
Книгата на рекордите на Гинес посочва професор Иван Смалюх (Ivan Smalyukh) като изобретател на най-прозрачния материал в света. Неговата лаборатория в Университета на Колорадо в Боулдър разработва топлоизолационни гелове за прозорци. Те пречупват светлината толкова слабо, почти колкото въздуха, което ги прави по-прозрачни от самото стъкло. Те са с прозрачност за видима светлина от 97% до 99%, превъзхождайки стандартното стъкло за прозорци, което има прозрачност приблизително 92%).
Тази работа и подобни постижения биха могли да подсказват създаването на напълно прозрачно вещество. Новото проучване обаче убедително показва, че всеки материал, който пречупва светлината дори леко, все пак ще я абсорбира, заради разпадането на фотоните в по-слаб фотон и фонон.
Геловете на Смалюх са почти напълно прозрачни, но са предназначени за нанасяне на тънки слоеве. И дори тогава, ако дебелината достигне около 30 сантиметра, прозрачността изчезва поради порестата им структура. Ако искаме да виждаме на по-големи разстояния, по-добре би било да погледнем през оптичен кабел, каквито се използват за осигуряване на интернет връзка през океана. Оптичните влакна пренасят светлина по извити трасета на разстояние от километри, преди да се наложи усилване на сигнала за следващия участък от кабела.
Свръхфлуиден хелий и тъмна материя
По-добри резултати би могло да даде едно необичайно вещество. Ако охладим хелий до температура само няколко градуса над абсолютната нула, той преминава в състояние, известно като "свръхфлуидност". При свръхфлуидно състояние квантовата механика координира движението на отделните атоми, позволявайки на течността да тече без никакво триене. Течният хелий е изключително прозрачен и макар да абсорбира рентгенови лъчи, учените не са успели да установят каквото и да е въздействие върху видимата светлина.
Теоретичните физици Алберто Николи (Alberto Nicolis), Федерико Пиаца (Federico Piazza) и Анджело Еспозито (Angelo Esposito) са посветили кариерата си на изучаването на странни квантови материали като свръхфлуидния хелий.
Николи и Пиаца си задават въпроса какво би се случило с материал, който е максимално прозрачен. Той би трябвало да е студен, за да не се губи светлината във вибрациите на вече движещи се молекули, и инертен - без химични реакции или електрически токове, които биха могли да абсорбират светлината като източник на енергия. Те предполагат, че такъв материал все пак би абсорбирал някои фотони чрез фини квантови процеси и се заели да преценят колко светлина би се загубила.
Николи и Пиаца разказали на Еспозито за това и той осъзнал, че вече е направил подобна оценка - не за светлината, а за тъмната материя. Еспозито търси начин за засичане на хипотетична частица, наречена "тъмен фотон" и стига до извода, че тя би могла да бъде открита, ако при сблъсък с атомно ядро в свръхфлуиден хелий предизвика леко отместване.
"При взаимодействие с някое от ядрата, тя му придава импулс - един вид тласък", обяснява Еспозито.
Този тласък би предизвикал миниатюрна вибрация - своеобразна квантовомеханична звукова вълна (фонон). При многократно повтаряне на този процес, тъмните фотони биха губили енергия. Еспозито осъзнава, че същото би трябвало да се случва и с обикновените фотони. В крайна сметка те биха загубили толкова много енергия, че биха станали невъзможни за засичане.
Така търсенето на тъмна материя ражда фундаменталното откритие за ограничението на прозрачността на нормалната материя.
По-голямо от самата Земя
Този процес на избледняване може да продължи много дълго време. Идеалният свръхфлуиден материал, който физиците си представят, е толкова прозрачен, че светлината би могла да измине разстояние, равно на диаметъра на Земята, преди да отслабне забележимо. Но рано или късно тя все пак ще избледнее. И макар моделът на изследователите да описва само свръхфлуидни вещества, те очакват, че и други материали се подчиняват на подобни закономерности.
"Намирам тази работа за изключително интересна", коментира Борна Салехиан (Borna Salehian), физик от Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих, който не е участвал в проекта."В теоретичната физика ние търсим фундаменталните ограничения, наложени от природата. Тази статия посочва точно едно такова ограничение!"
Абсолютната прозрачност на самата тъмна материя
По дефиниция, тъмната материя няма индекс на пречупване (n=1), тъй като тя изобщо не взаимодейства с електромагнитното поле, т.е. светлината. Квантовото ограничение на прозрачността гласи, че всеки материал с индекс на пречупване, различен от единица (n≠1), неизбежно поглъща светлина. Тъй като тъмната материя не пречупва и не взаимодейства с фотоните,тя остава единствената среда във Вселената, за която това ограничение не важи - тя е абсолютно и фундаментално прозрачна.
Справка: Quantum limit to transparency; Angelo Esposito, Alberto Nicolis, Federico Piazza; https://arxiv.org/abs/2610.12560
Източник: Nothing can be fully transparent, physicists discover, Scientific American
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Деспин Митрев
Въздействието от либерализацията на пазара на електроенергия за битовите потребители
dolivo
Crew Dragon достига МКС за първи път след по-малко от 8 часа (видео)
dolivo
Европа е обявена за родно място на прилепите
Комита
1000-годишен амулет, открит в Русия, съчетава християнски светец с Горгона Медуза