Naukowcy dokonali znaczącego przełomu, obserwując, jak światło może blokować inne światło, tworząc widoczny cień.
To niezwykłe zjawisko, zaobserwowane po raz pierwszy w eksperymentach z użyciem zielonego lasera i kryształu rubinu, sugeruje nowe metody manipulowania światłem, które mogą zrewolucjonizować technologie optyczne.
Przełomowe odkrycie w interakcji światła
Jeff Lundeen, profesor nadzwyczajny na Wydziale Fizyki Uniwersytetu w Ottawie, wraz z Boyd Research Group dokonali przełomowego odkrycia, które podważa naszą wiedzę na temat zachowania światła. Po raz pierwszy naukowcy zaobserwowali interakcję światła ze sobą w sposób, który wcześniej wydawał się niemożliwy.
Zazwyczaj fotony – cząstki światła – przechodzą przez siebie bez zakłóceń. Jednak ten eksperyment ujawnił niezwykłe zjawisko: wiązka lasera rzuca cień, który naśladuje zachowanie cieni tworzonych przez obiekty stałe.
„Wykazaliśmy, że w pewnych warunkach światło może blokować inne światło, tworząc cień” – wyjaśnia profesor Lundeen. „Otwiera to nowe, ekscytujące możliwości kontrolowania i manipulowania światłem w sposób, o którym nigdy wcześniej nie myśleliśmy, że jest możliwy”.
Interakcja między dwoma źródłami światła utworzyła cień na ekranie, który był widoczny jako ciemny obszar, w którym zielony laser blokował niebieskie światło.
Eksperymentalne spostrzeżenia i obserwacje
Układ eksperymentalny zespołu polegał na przeświecaniu zielonej wiązki lasera przez rubinowy kryształ i oświetlaniu go z boku niebieskim światłem. Taka aranżacja stworzyła na powierzchni cień widoczny gołym okiem. Efekt ten wynika ze zjawiska zwanego odwrotnym nasyceniem absorpcji w krysztale rubinu, które pozwala zielonemu laserowi blokować przejście niebieskiego światła, w wyniku czego powstaje ciemny obszar podążający za konturami wiązki lasera.
„Pokazaliśmy, że w pewnych warunkach światło może blokować inne światło, tworząc cień.”
Jeff Lundeen, profesor nadzwyczajny na Wydziale Fizyki Uniwersytetu w Ottawie
Natura cieni wywołanych laserem
„Szczególnie fascynujące jest to, jak bardzo ten cień laserowy zachowuje się jak cień tradycyjny” – mówi prof. Lundeen. „Dopasowuje się do kształtu „obiektu” – w tym przypadku naszej wiązki laserowej – a nawet dopasowuje się do konturów powierzchni, na które pada, podobnie jak cień gałęzi drzewa”.
Naukowcy opracowali model teoretyczny umożliwiający przewidywanie kontrastu cienia, który był ściśle zgodny z danymi eksperymentalnymi. Odkryli, że ciemność cienia wzrastała proporcjonalnie do mocy zielonej wiązki lasera, osiągając maksymalny kontrast 22% – porównywalny z typowym cieniem w słoneczny dzień.
Potencjalne zastosowania i przyszłe badania
Odkrycie to poszerza naszą wiedzę na temat interakcji światła z materią i stwarza potencjał do zastosowań praktycznych. „Jesteśmy podekscytowani możliwościami, jakie otwiera to w takich dziedzinach, jak przełączanie optyczne, produkcja i technologie obrazowania” – dodaje prof. Lundeen.
Badanie podkreśla znaczenie badań podstawowych dla zmiany naszego rozumienia świata fizycznego. W miarę jak naukowcy będą kontynuować badanie konsekwencji tego zjawiska, może to doprowadzić do nowych postępów w fotonice, optyce nieliniowej i innych technologiach wykorzystujących światło.
Więcej informacji na temat tego przełomu można znaleźć w artykule Lasery rzucające cienie? Fizyka przybiera zaskakujący obrót.
Odniesienie: „Cień wiązki lasera” Henri PN Morina, Jordana TR Pagé, Raphaela A. Abrahao, Akbar Safari, Jeffa S. Lundeena i Roberta W. Boyda, 19 listopada 2024 r., Optyka.
DOI: doi:10.1364/OPTICA.534596
