Sama seperti pesawat yang terbang pada kelajuan supersonik menghasilkan boom sonic berbentuk kerucut, denyut cahaya dapat meninggalkan cahaya berbentuk kerucut berbentuk kerucut. Sekarang, kamera superfast telah menangkap video pertama acara-acara ini.
Teknologi baru yang digunakan untuk membuat penemuan ini dapat satu hari membolehkan para saintis membantu untuk menonton kebakaran neuron dan aktiviti hidup gambar di otak, kata para penyelidik.
Sains di belakang teknologi
Apabila sesuatu objek bergerak melalui udara, ia mendorong udara di hadapannya, mewujudkan gelombang tekanan yang bergerak pada kelajuan bunyi dalam semua arah. Jika objek bergerak pada kelajuan yang sama atau lebih besar daripada bunyi, ia mengatasi gelombang tekanan. Akibatnya, gelombang tekanan dari objek laju ini menumpuk di atas satu sama lain untuk mewujudkan gelombang kejutan yang dikenali sebagai boom sonik, yang mirip dengan gumpalan guntur.
Boom sonik hanya terhad kepada kawasan kon yang dikenali sebagai "Mach cones" yang meluas terutama pada belakang objek supersonik. Peristiwa-peristiwa yang sama termasuk gelombang busur berbentuk V yang boleh dijana oleh kapal apabila bergerak dengan lebih cepat daripada gelombang yang menolaknya bergerak melintasi air.
Kajian terdahulu mencadangkan cahaya dapat menjana kerucut conical mirip dengan boom sonik. Sekarang, buat kali pertama, para saintis telah mencontohi "con con fotonik" ini.
Cahaya bergerak pada kelajuan kira-kira 186,000 batu sesaat (300,000 kilometer sesaat) ketika bergerak melalui vakum. Menurut teori relativiti Einstein, tiada apa yang boleh bergerak lebih laju daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Walau bagaimanapun, cahaya boleh bergerak lebih perlahan daripada kelajuan tertinggi - contohnya, bergerak cahaya melalui kaca pada kelajuan kira-kira 60 peratus daripada maksimumnya. Sesungguhnya percubaan sebelum ini telah melambatkan lebih kurang satu juta kali ganda.
Fakta bahawa cahaya dapat bergerak lebih cepat dalam satu bahan daripada yang lain membantu para saintis untuk menghasilkan con con fotonik. Pertama, penulis utama kajian Jinyang Liang, seorang jurutera optik di Washington University di St. Louis, dan rakan-rakannya merancang terowongan sempit yang penuh dengan kabut ais kering. Terowong ini diapit di antara plat yang dibuat daripada campuran getah silikon dan serbuk aluminium oksida.
Kemudian, para penyelidik menembusi denyutan cahaya laser hijau - masing-masing hanya berkekalan 7 pikosekon (trilion per detik) - di bawah terowong. Denyutan ini boleh menyebarkan tangki ais kering di dalam terowong, menghasilkan gelombang cahaya yang dapat memasuki plat sekitarnya.
Lampu hijau yang digunakan para saintis mengembara lebih cepat di dalam terowong daripada yang dilakukan di dalam pinggan. Oleh itu, sebagai denyut laser bergerak ke bawah terowong, ia meninggalkan kerucut gelombang cahaya bertindih yang mengalir di belakangnya di dalam piring.
Kamera coretan
Untuk menangkap video mengenai peristiwa-peristiwa yang menyebarkan cahaya yang sukar difahami, para penyelidik telah membangunkan "kamera coretan" yang dapat menangkap imej pada kelajuan 100 bilion bingkai sesaat dalam pendedahan tunggal. Kamera baru ini menangkap tiga pandangan berbeza mengenai fenomena ini: satu yang memperoleh imej langsung dari tempat kejadian, dan dua yang mencatatkan maklumat temporal kejadian tersebut supaya para saintis dapat membina semula kerangka apa yang berlaku oleh bingkai. Pada asasnya, mereka "meletakkan kod bar yang berlainan pada setiap imej individu, supaya walaupun semasa pemerolehan data mereka semua bercampur bersama, kita boleh menyusunnya," kata Liang dalam temu bual.
Terdapat sistem pengimejan lain yang dapat menangkap peristiwa ultrafast, tetapi sistem ini biasanya perlu merakam beratus-ratus atau beribu-ribu pendedahan fenomena sedemikian sebelum mereka dapat melihatnya. Sebaliknya, sistem baru boleh merakam peristiwa ultrafast dengan hanya satu pendedahan. Ini meminjamkan dirinya untuk merakam peristiwa-peristiwa yang kompleks dan tidak dapat diramalkan yang tidak dapat mengulangi diri dengan tepat dengan cara yang sama setiap kali ia berlaku, seperti yang berlaku dengan konon Mach fotonik yang dicatatkan oleh Liang dan rekan-rekannya. Dalam kes itu, spek kecil yang bertaburan cahaya berpindah secara rawak.
Para penyelidik berkata teknik baru mereka dapat membuktikan berguna dalam merakam peristiwa ultrafast dalam konteks biomedik kompleks seperti tisu hidup atau darah yang mengalir. "Kamera kami cukup pantas untuk melihat kebakaran neuron dan imej trafik langsung di otak," Liang memberitahu Live Science. "Kami berharap kami dapat menggunakan sistem kami untuk mempelajari rangkaian saraf untuk memahami bagaimana otak berfungsi."
Para saintis mendedahkan penemuan mereka dalam talian pada 20 Januari dalam jurnal Science Advances.
Artikel asal pada Sains Live.
