07 август 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Светлината, която тече като река, и е красива (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 02 юли 2020 в 13:32 28000
Кредит: Patsyk et al., Nature, 2020

Представете си делтата на река - начинът, по който главното русло се разделя на по-малки ръкави и притоци. Нещо подобно се случва при вълните, докато се разпространяват през определен вид среда - пътят на вълната се разделя, разпадайки се на по-малки потоци като клоните на дърво.

Това се нарича разклоняващ се поток и се наблюдава при такива явления като поток от електрони (електрически ток), океански вълни и звукови вълни. Сега за първи път физиците го наблюдават при видима светлина - и всичко, което е необходимо, бе лазер и сапунен мехур.

В зависимост от структурата на средата, могат да се случат различни неща на вълните, пътуващи през нея - те могат да затихват, разпръскват, пречупват, разпространяват или продължават да текат.

За разклоняването на потока са необходими няколко свойства. Структурата на средата трябва да бъде случайна и пространствените изменения в структурата трябва да са по-големи от дължината на вълната на потока. Той също трябва да варира плавно.

Ако всички тези условия са изпълнени, малките смущения и колебания в структурата могат да разпръснат потока, причинявайки разклоняването му.

Вариации на дебелината на сапунена мембрана. Кредит: Patsyk et al., Nature, 2020

Въпреки че това поведение на вълните е повсеместно, наблюдаването му за светлината се оказа предизвикателство. Но проблемът бе решен, когато екип физици от Израелския технологичен институт Технион в Израел и от Университета в Централна Флорида реши да използват сапунен мехур като среда.

Сапунената мембрана се състои от много тънък филм от течност, ограничен между два слоя молекули на повърхностно активно вещество (ПАВ). Дебелината на този филм варира значително, от около пет нанометра до няколко микрометра. Тези вариации на дебелината са това, което  създава цветните шарки в сапунени мехурчета ... но също така, както се оказва, могат да действат като смущения, които отклоняват светлината в потока, карайки този поток да се разцепва и разклонява.

Това обаче не е лесно. Лазерната светлина трябва да свети между двата слоя ПАВ. Това се постига като се вмъкне оптично влакно в мембраната за изкривен филм или чрез свързване на широк елиптичен лъч в плосък филм.

Като насочват лазерен лъч в сапунен мехур, изследователите успяват да наблюдават начина, по който лъчът се разделя по повърхността на мембраната. И когато осветяват мембраната със слаба бяла светлина, те успяват да видят вариациите на дебелината - видими като цветови вариации - които разделят лъча.

Обикновено въздушният поток около сапунена мембрана кара шарката да се движи, но ако мембраната може да бъде изолирана от въздушни потоци, моделът може да остане стабилен за няколко минути. Така екипът изпробва своя лазер както на стабилни, така и на движещи се сапунени мембрани.

Възможностите за това изследване са доста огромни. Използването на балона като среда има отражение за оптофлуидите, което е науката за взаимодействието на светлината с течностите. Експерименталната настройка може да се използва, например, за да се проучи как оптичните сили влияят на разклонения поток.

И сгъстяването на филма, отбелязват изследователите, би могло да позволи разклонен поток в три измерения - феномен, който се е предполагано, че се случва, но никога не е наблюдаван.

Може да се използва и за изследване на други физически явления, включително някои аспекти на Общата теория на относителността.

„Тънките сапунени филми могат да бъдат оформени в различни извити повърхности за изследване на разклонения поток в извито пространство“, пишат изследователите в своята статия .

"Такива експерименти в изкривено пространство са тясно свързани с Общата теория на относителността."

Справка: Observation of branched flow of light
Anatoly Patsyk, Uri Sivan, Mordechai Segev & Miguel A. Bandres
Nature volume 583, pages60–65(2020), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2376-8

ИзточникPhysicists Have Observed Light Flowing Like a River, And It's Beautiful, ScienceAlert

Изследването е публикувано в Nature .


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.