Ljus verkar enkelt från ett klassiskt perspektiv. Det ger oss förmågan att se och äta, för ljus spretter föremål in i våra ögon och livsformer använder ljus för att driva sig själva och stödja livsmedelskedjan. Men när vi tar ljus till nya ytterligheter, hittar vi nya överraskningar som väntar på oss där. Här presenterar vi bara ett urval av dessa nya platser och de insikter de erbjuder oss.

Inte en universalkonstant?

För att vara tydlig är ljusets hastighet inte konstant överallt men kan variera baserat på materialet som det reser igenom. Men i frånvaro av materia bör ljus som rör sig i rymdvakuumet röra sig vid cirka 3 * 10 8 m / s. Detta tar dock inte hänsyn till virtuella partiklar som kan bildas i rymdvakuumet som en följd av kvantmekanik. Normalt är detta inte en stor fråga eftersom de bildas i anti-par och därför avbryter ganska snabbt. Men - och detta är fångsten - det finns en chans att en foton kan träffa en av dessa virtuella partiklar och få sin energi reducerad, och därför minska dess hastighet. Det visar sig att tidsdragningen per kvadratmeter vakuum ska vara endast cirka 0, 05 femtosekunder, eller 10-15 sekunder. Väldigt liten. Det kan möjligen mätas med hjälp av lasrar som studsar fram och tillbaka mellan speglar i ett vakuum (Emspak).

Hur länge lever de?

Ingen foton har gått ut via förfallsmekanismer, där partiklar bryts ned till nya. Detta kräver dock att en partikel har massa, eftersom produkterna också kommer att ha massa och energiomvandling sker också. Vi tror att fotoner inte har massa, men nuvarande uppskattningar visar att den mest man kan väga är 2 * 10 -54 kilo. Också mycket liten. Med hjälp av detta värde bör en foton ha minst en livslängd på 1 kvintillion år. Om det är sant, har vissa fotoner förfallit eftersom livslängden bara är ett medelvärde och sönderfallsprocesser involverar kvantprinciper. Och produkterna måste resa snabbare än fotoner och överskrida den universella hastighetsgräns som vi känner till. Dåligt, eller hur? Kanske inte, eftersom dessa partiklar fortfarande har massa och bara en masslös partikel har obegränsad hastighet (Choi).

Imaging Light

Forskare har pressat kameratekniken till nya gränser när de utvecklade en kamera som spelar in 100 miljarder ramar per sekund. Ja, du har inte felläst det. Tricket använder strejkavbildning i motsats till stroboskopisk avbildning eller slutaravbildning. I det senare faller ljus på en kollektor och en slutare stänger av ljuset, så att bilden kan sparas. Emellertid kan slutaren i sig göra att bilder blir mindre fokuserade eftersom mindre och mindre ljus faller in i vår samlare när tiden minskar mellan slutartillslutningarna. Med stroboskopisk avbildning håller du samlaren öppen och upprepar händelsen när ljuspulser träffar den. Man kan sedan bygga upp varje ram om händelsen slutar upprepa sig själv och så staplar vi ramarna och bygger upp en tydligare bild. Men inte många användbara saker vi vill studera upprepar på exakt samma sätt. Med streckavbildning avbildas bara en kolumn med pixlar i kollektorn som ljuspulser på den. Även om detta verkar begränsat när det gäller dimensionalitet, kan kompressionsavkänning låta oss bygga vad vi skulle betrakta som en 2D-bild från dessa data genom en frekvensuppdelning av vågorna involverade i bilden (Lee The ).

En fotonisk kristall. |

Fotoniska kristaller

Vissa material kan böja och manipulera fotonernas vägar och kan därför leda till nya och spännande egenskaper. En av dessa är en fotonisk kristall och den fungerar på liknande sätt som de flesta material men behandlar fotoner som elektroner. För att bäst förstå detta, tänk på mekaniken i fotonmolekylinteraktioner. Våglängden för en foton kan vara lång, i själva verket mycket mer än för en molekyl och så är effekterna på varandra indirekta och leder till det som kallas brytningsindex inom optik. För en elektronisk samverkar den säkert med det material som den rör sig genom och avbryter därför sig själv genom destruktiv störning. Genom att placera hål ungefär varje nanometer i våra fotoniska kristaller, säkerställer vi att fotoner kommer att ha samma problem och skapa ett fotoniskt mellanrum där om våglängden faller in förhindrar överföring av foton. Fångsten? Om vi ​​vill använda kristallen för att manipulera ljus hamnar vi oftast kristallen på grund av de energier som är inblandade. För att lösa detta har forskare utvecklat ett sätt att bygga en fotonisk kristall ur plasma. Joniserad gas. Hur kan det vara en kristall? Med hjälp av lasrar bildas interferens och konstruktiva band som inte håller länge men möjliggör förnyelse efter behov (Lee Fhotonic ).

Vortexfotoner

Elektroner med hög energi erbjuder många tillämpningar för fysik, men som visste att de också genererar speciella fotoner. Dessa virvelfotoner har en "spiralformad vågfront" i motsats till den plana, plana versionen vi är vana vid. Forskare vid IMS kunde bekräfta sin existens efter att ha tittat på ett dubbelslitsresultat från högenergi-elektroner som avger dessa virvelfotoner, och vid vilken våglängd som helst. Få bara elektron till den energinivå du vill ha och virvelfoton har en motsvarande våglängd. En annan intressant konsekvens är en varierande vinkelmoment förknippad med dessa fotoner (Katoh).

Superfluid Light

Föreställ dig en ljusvåg som passerar utan att förskjutas, även om ett hinder är i vägen. I stället för att krusas, går det bara förbi med liten eller ingen motstånd. Detta är ett överflödestillstånd för lätt och så galen som det låter som det är verkligt, enligt arbete från CNR NANOTEC från Lecce i Italien. Normalt finns det en överflödig vätska på nästan absolut noll men om vi kopplar ljus med elektroner bildar vi polaritoner som uppvisar överflödiga egenskaper vid rumstemperatur. Detta uppnåddes med hjälp av en ström av organiska molekyler mellan två mycket reflekterande ytor, och med ljus som studsade runt en partikoppling uppnåddes (Touchette).

Citerade verk

Choi, Charles. ”Fotoner sista minst ett kvarts år, föreslår ny studie av ljuspartiklar.” Huffintonpost.com . Huffington Post, 30 juli 2013. Webben. 23 augusti 2018.

Emspak, Jesse. ”Ljushastighet kan trots allt inte vara konstant, säger fysiker.” Huffingtonpost.com . Huffington Post, 28 april 2013. Webben. 23 augusti 2018.

Katoh, Masahiro. "Vortexfotoner från elektroner i cirkulär rörelse." innovation-report.com . innovationsrapport, 21 juli 2017. Web. 01 april 2019.

Lee, Chris. "Photonic crystal club kommer inte längre att erkänna bara grova lasrar." Arstechnica.com . Conte Nast., 23 juni 2016. Web. 24 augusti 2018.

---. "De 100 miljarder bildrutorna per sekund som kan tända sig själv." Arstechnica.com . Conte Nast., 7 januari 2015. Webb. 24 augusti 2018.

Touchette, Annie. "En ström av överflödigt ljus." innovation-report.com . innovationsrapport, 6 juni 2017. Web. 26 april 2019.