Süpersonik hızlarda uçan uçakların koni şeklindeki sonik bomlar yaratması gibi, ışık darbeleri de koni şeklindeki ışık uyanıklıklarının ardında kalabilir. Şimdi, süper hızlı bir kamera bu olayların ilk videosunu çekti.
Araştırmacılar, bu keşfi yapmak için kullanılan yeni teknolojinin bir gün bilim insanlarının nöronların ateşini ve beynindeki canlı aktiviteyi izlemelerine yardımcı olmasına izin verebileceğini söylüyor.
Teknolojinin arkasındaki bilim
Bir nesne havada hareket ettiğinde, önündeki havayı iter ve her yöne doğru ses hızında hareket eden basınç dalgaları oluşturur. Nesne sese eşit veya daha yüksek hızlarda hareket ediyorsa, bu basınç dalgalarını aşar. Sonuç olarak, bu hızlanan nesnelerden gelen basınç dalgaları, gök gürültüsü alkışlarına benzeyen sonik bomlar olarak bilinen şok dalgaları oluşturmak için üst üste yığılır.
Sonik bomlar "Mach konileri" olarak bilinen konik bölgelerle sınırlıdır ve öncelikle süpersonik nesnelerin arkasına uzanır. Benzer olaylar arasında, bir teknenin kendi yolundan ittiği dalgalardan daha hızlı seyahat ederken suyun üzerinde hareket edebileceği V şeklindeki yay dalgaları da vardır.
Önceki araştırmalar ışığın sonik patlamalara benzer konik uyanmalar üretebileceğini ileri sürdü. Şimdi, ilk kez, bilim adamları bu zor "fotonik Mach konileri" görüntülediler.
Işık, vakumda hareket ederken saniyede yaklaşık 186.000 mil (saniyede 300.000 kilometre) hızla hareket eder. Einstein'ın görelilik teorisine göre, hiçbir şey bir boşluktaki ışık hızından daha hızlı gidemez. Bununla birlikte, ışık en yüksek hızından daha yavaş hareket edebilir - örneğin, ışık camın içinden maksimum değerinin yaklaşık yüzde 60'ı kadar hareket eder. Gerçekten de, önceki deneyler ışığı bir milyon kattan fazla yavaşlatmıştır.
Işığın bir malzemede diğerinden daha hızlı seyahat edebilmesi, bilim insanlarının fotonik Mach konileri üretmesine yardımcı oldu. İlk olarak, St. Louis'deki Washington Üniversitesi'nde optik mühendisi olan çalışma lideri yazar Jinyang Liang ve meslektaşları kuru buz sisi ile dolu dar bir tünel tasarladılar. Bu tünel, silikon kauçuk ve alüminyum oksit tozu karışımından yapılmış plakalar arasında sandviçlendi.
Daha sonra, araştırmacılar tünelden her biri sadece 7 pikosaniye (saniyenin trilyonda biri) süren yeşil lazer ışığının atımlarını attılar. Bu darbeler, tünel içindeki kuru buz lekelerini dağıtarak çevredeki plakalara girebilecek ışık dalgaları oluşturabilir.
Bilim adamlarının kullandığı yeşil ışık tünel içinde plakalardan daha hızlı seyahat etti. Bu nedenle, bir lazer darbesi tünelden aşağı doğru hareket ederken, plakalar içinde arkasında daha yavaş hareket eden örtüşen ışık dalgalarının bir konisini bıraktı.
Çizgi kamera
Bu zor ışık saçan olayların videosunu yakalamak için araştırmacılar, tek bir pozlamada saniyede 100 milyar kare hızında görüntü yakalayabilen bir "çizgi kamera" geliştirdiler. Bu yeni kamera, fenomenin üç farklı görüntüsünü yakaladı: biri sahnenin doğrudan görüntüsünü aldı ve ikisi olayların zamansal bilgilerini kaydeden, böylece bilim adamlarının olayları kare kare yeniden yapılandırabilmelerini sağladı. Esasen, "Her bir görüntüye farklı barkodlar koydular, böylece veri toplama sırasında hepsi birbirine karışsa bile bunları çözebiliriz" dedi Liang bir röportajda.
Ultra hızlı olayları yakalayabilen başka görüntüleme sistemleri de vardır, ancak bu sistemlerin genellikle bu tür olayların yüzlerce veya binlerce maruz kalmasını görmeden önce kaydetmeleri gerekir. Buna karşılık, yeni sistem ultra hızlı olayları tek bir pozlamayla kaydedebilir. Bu, Liang ve meslektaşlarının kaydettiği fotonik Mach konilerinde olduğu gibi, kendilerini her gerçekleştiklerinde tam olarak aynı şekilde tekrarlayamayacak karmaşık, öngörülemeyen olayları kaydetmeye borçludur. Bu durumda, ışığı dağıtan küçük lekeler rastgele hareket etti.
Araştırmacılar, yeni tekniklerinin canlı dokular veya akan kan gibi karmaşık biyomedikal bağlamlarda ultra hızlı olayların kaydedilmesinde yararlı olabileceğini söyledi. Liang, "Kameramız nöronların ateşini izlemek ve beyindeki canlı trafiği izlemek için yeterince hızlı" dedi. "Sistemimizi, beynin nasıl çalıştığını anlamak için sinir ağlarını incelemek için kullanabileceğimizi umuyoruz."
Bilim adamları bulgularını 20 Ocak'ta Science Advances dergisinde çevrimiçi olarak detaylandırdılar.
Canlı Bilim ile ilgili orijinal makale.
