Учени заснеха за първи път светлинен конус на Мах

С помощта на свръхбърза камера учени от Вашингтонския университет в Сейнт Луис, САЩ, заснеха на видео светлинна ударна вълна, наричана светлинен конус на Мах. Досега нямаше доказателства, че ударната вълна, известна и като конус на Мах, се проявява и при светлината.

Когато един обект (например самолет) се движи в дадена среда със скорост по-бърза от скоростта на звука в тази среда, той оставя след себе си звукова ударна вълна, която следва обекта. Това явление се нарича конус на Мах.

Експериментът

За да докажат, че конусът на Мах може да бъде и светлинен, учените провеждат експеримент. Той се провежда в тунел, пълен с мъгла от сух лед, като се облъчва от лазерни импулси с малка продължителност (7 ps). Този тунел е заобиколен от плочи, направени от силиконова гума и алуминиев оксид на прах. Лазерният импулс разпръсква частиците сух лед в тунела, генерирайки светлина, която може да премине в плочите.

Зелената светлина на лазера се движи с по-голяма скорост в тунела, отколкото в плочите. По време на движението си в тунела лазерният импулс оставя в плочите зад себе си конус от по-бавно движещи се светлинни вълни, които се наслагват. Това имитира конус на Мах, въпреки че нямаме движение със скорост, по-голяма от тази на светлината в дадената среда. (При движение на обект със скорост, по-висока от тази на светлината за дадена среда, се наблюдава така наречения ефект на Черенков.)

Свръхбърза камера може да промени медицината – заснема 100 млрд. кадъра/сек.

Движението на светлината се записва със свръхбърза камера, която може да заснеме 100 милиарда кадъра в секунда по време на една-единствена експозиция. Тя заснема феномена светлинен конус на Мах по три различни начина – директен запис на образа и два записа на ключовите моменти в експеримента по време, за да могат учените да реконструират какво се е случило.

Екипът твърди, че тази камера може да намери приложение в медицината за заснемане на процесите в човешкия мозък.  Ръководителят на експеримента Джинянг Лианг (Jinyang Liang) твърди, че: „Камерата е достатъчно бърза, за да заснеме как се активизират невроните и да наблюдава активността на мозъка в реално време. Надяваме се да можем да използваме нашата система, за да изучаваме невронни мрежи и да разберем как работи мозъкът.“

Тяхната публикация може да прочетете онлайн в списание Science Advances.