Weird Light-Bending Experiment Verandert Wetenschappers In 'Coneheads'

{h1}

Een funhouse-achtige kromtrekken van licht heeft ertoe geleid dat wetenschappers traditionele vergelijkingen hebben herschreven. Door de grens tussen twee media te veranderen, kan de natuurkunde het licht op bizarre manieren buigen om zichzelf in vormkoppen te veranderen.

In een breinbrekende en lichtbuigende ontdekking hebben wetenschappers een fun-house-achtige kromming van licht geproduceerd die de bestaande natuurwetten tart.

Eeuwenlang hebben eenvoudige vergelijkingen (die elk jaar aan natuurkundestudenten op de middelbare school worden gegeven) beschreven hoe licht door verschillende media beweegt, bijvoorbeeld van lucht naar glas. Nu hebben onderzoekers echter ontdekt dat als de grens tussen media voldoende complex is (in dit geval bekleed met nanodraden), die wetten niet langer gelden.

De ontdekking heeft de natuurkundigen ertoe aangezet om de traditionele vergelijkingen te herschrijven om rekening te houden met de kenmerken van het grensoppervlak. In de meeste gevallen waar deze geknepen vergelijkingen worden toegepast, vereenvoudigen de nieuwe wetten hun traditionele vormen, maar soms laten ze zien dat licht zich op ongelooflijk vreemde manieren kan gedragen.

"Met behulp van designeroppervlakken hebben we de effecten van een spiegelspiegel op een plat vlak gecreëerd," verklaarde onderzoeker Federico Capasso van de Harvard School of Engineering and Applied Sciences in een verklaring. "Onze ontdekking brengt de optica naar een nieuw territorium en opent de deur naar opwindende ontwikkelingen in de fotonica-technologie."

Naast het aanwakkeren van de wetten van de natuurkunde, stelde de nieuwe bevinding de onderzoekers in staat om een ​​paar gekke foto's te maken. Ze simuleerden bijvoorbeeld een afbeelding van hun labgroep zoals die zou verschijnen in een spiegel bekleed met nano-draden. Het resultaat: een portret van wetenschappers met een conehead-look. [Zie afbeeldingen]

Lichtsnelheid

Hoewel de speciale relativiteitstheorie van Einstein aantoonde dat de snelheid van het licht een universele snelheidslimiet vertegenwoordigt, betekent dit niet dat het licht niet met verschillende snelheden in verschillende materialen kan reizen. Wanneer licht bijvoorbeeld door een medium zoals glas of water reist, reist het langzamer dan wanneer het door een vacuüm beweegt (dat is wanneer het beweegt met de karakteristieke "snelheid van het licht" - ongeveer 671 miljoen mijl per uur of 1.080 miljoen kilometer per uur ).

De traditionele natuurkundige wetten beschrijven hoe het van het ene medium naar het andere bewegen van licht het licht doet breken of van richting verandert. Deze wetten negeerden de grens tussen de twee media, omdat die grens niet leek te veranderen hoe het licht bewoog.

Maar in een recent experiment in het laboratorium van Capasso toonden de onderzoekers aan dat wanneer de grens een speciaal patroon bevat, in dit geval een reeks kleine gouden antennes, geëtst in het oppervlak van silicium, die wetten niet langer van toepassing zijn.

De wetenschappers ontdekten dat de antennes het licht tijdelijk opsluitten en zijn energie een korte tijd vasthielden voordat het werd vrijgegeven. Door de grens met verschillende soorten van deze antennes te modelleren, konden de onderzoekers het licht buigen voordat het zelfs in het silicium terechtkwam. Afhankelijk van het patroon zou het licht op bizarre manieren reflecteren en breken.

"Gewoonlijk is een oppervlak zoals het oppervlak van een vijver gewoon een geometrische grens tussen twee media, lucht en water," zei onderzoeksleider Nanfang Yu, een onderzoeksmedewerker in het laboratorium van Capasso. "Maar nu, in dit speciale geval, wordt de grens een actieve interface die het licht zelf kan buigen."

Herschrijven van de wetten

Na hun experimenten gingen de fysici terug naar de tekentafel om de traditionele lichtvergelijkingen opnieuw te formuleren. Ze voegden nieuwe termen toe aan de vergelijkingen die het effect van de grens tussen twee media vertegenwoordigden om hun bevindingen te verklaren.

"Door een gradiënt van fasediscontinuïteiten over de interface op te nemen, worden de wetten van reflectie en breking ontwerperwetten en verschijnen er een reeks nieuwe verschijnselen," zei Zeno Gaburro, een gastonderzoeker in Capasso's labo. "De gereflecteerde straal kan naar achteren stuiteren in plaats van naar voren. U kunt een negatieve breking creëren."

Uiteindelijk ontdekten de wetenschappers dat het manipuleren van de grens de kleur (frequentie van lichtgolven), helderheid (amplitude) en polarisatie van het licht kan veranderen om op maat gemaakte gekke lichtstralen te creëren. Zo'n balk slaagde het team erin om een ​​kurkentrekkervormige lichtstroom te produceren op een plat oppervlak.

De onderzoekers zeggen dat hun bevindingen zouden kunnen leiden tot een verscheidenheid aan toepassingen bij het maken van lenzen en optica. Ze melden hun ontdekking in het 2 september nummer van het tijdschrift Science.

Je kunt SPACE.com-schrijfster Clara Moskowitz volgen op Twitter @ClaraMoskowitz.Voor meer wetenschapsnieuws, volg WordsSideKick.com op twitter @wordssidekick.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com