Zigzag-Fysica: Maas In De Wet Zorgt Ervoor Dat Lichte Deeltjes Dronken Worden

{h1}

Volgens de natuurwetten moet een foton met de snelheid van het licht in de vrije ruimte reizen - maar nieuw onderzoek toont aan dat dit niet altijd het geval is.

Een universele vuistregel moet misschien worden herschreven: Licht dat vrij door de lege ruimte kan bewegen, hoeft niet noodzakelijk met de snelheid van het licht te reizen.

Zoals natuurkundigen hebben leren kennen, moeten lichtdeeltjes die door de lege ruimte reizen met een snelheid van 186.282 mijl per seconde (299.792 kilometer per seconde) meegaan. Deze snelheid wordt meestal "de snelheid van het licht" genoemd.

Licht reist van nature langzamer wanneer het door een medium zoals water of glas gaat, of kunstmatige structuren die golfgeleiders worden genoemd. Maar zodra het licht via de andere kant van het medium uitkomt, moet het onmiddellijk weer oplopen tot zijn maximale clip. Maar nu suggereert nieuw onderzoek dat er een uitzondering is op deze regel: het licht zal niet op topsnelheid in lege ruimte bewegen als de "structuur" van het licht voor het eerst wordt veranderd. [Twisted Physics: 7 Mind-Blowing Findings]

Iets simpels als een vergrootglas kan de structuur van het licht veranderen, aldus de auteurs van het nieuwe onderzoek. De lens verzamelt het diffuse licht en brengt het samen in één helder punt. In hun experimenten konden de onderzoekers dit vertragende effect isoleren door het licht door speciaal ontworpen "maskers" te sturen die vergelijkbaar zijn met bepaalde soorten lenzen.

De onderzoekers benadrukken dat hoewel de resultaten in het begin vreemd lijken, ze de wetten van de natuurkunde niet tarten.

"Het is volkomen logisch - het past perfect bij ons begrip van hoe licht werkt en hoe golven werken en hoe kwantummechanica werkt", zegt Daniel Giovannini, een onderzoeksassistent aan de Universiteit van Glasgow in Schotland en co-auteur van het nieuwe papier..

Hoewel hints van dit fenomeen eerder zijn gemeld, zeiden de onderzoekers dat hun werk als eerste het direct laat zien en een volledige verklaring biedt voor de reden waarom het gebeurt.

"Het is net een bar-weddenschap," zei Giovannini. "U zegt:" Ik wed dat u het licht in de vrije ruimte kunt vertragen. " En iedereen zal zijn als: "Nee, dat kan je niet doen." En als je het echt doet, zegt iedereen: 'O, dat was duidelijk.' "

Een scheef pad

Voor fotonen of lichtdeeltjes is het uit een glas water komen als een poging om een ​​druk feest achter te laten: het foton blijft botsen tegen andere 'feestgangers' (de watermoleculen), waardoor het kleine lichtstraal een recht pad mist naar de deur. Het foton beweegt snel tussen elk watermolecuul, maar een zigzagpad tussen twee punten is langzamer dan een rechte, dus uiteindelijk wordt het foton vertraagd.

Terwijl ze door het medium reizen, bewegen de fotonen altijd met hun maximale snelheid (de snelheid van het licht), maar worden ze vertraagd door het veranderde pad. Dus als het foton eenmaal in de open ruimte is ontsnapt en een recht pad volgt, moet het ook weer terugspringen naar zijn maximale snelheid. Maar volgens de nieuwe studie kan het veranderen van de structuur van het licht het foton effectief op een zigzagpad houden en het vertragen. [9 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde]

Een speciaal type lens kan een zogenaamde Bessel-straal creëren, een lichtstraal in de vorm van een schot in de roos. Wetenschappers die experimenten doen met deze Bessel-stralen - en ook iets dat een Gauss-straal wordt genoemd, een lichtpunt dat het dichtst in het midden ligt en geleidelijk naar de randen af ​​dunner wordt - hebben opgemerkt dat het licht langzamer leek te bewegen dan het was moet in de vrije ruimte.

Lenzen kunnen lichtstralen op verschillende manieren beïnvloeden, dus om die extra effecten te verwijderen, gebruikten de onderzoekers gespecialiseerde "maskers" - in feite een hele dunne film die bestaat uit kristalstructuren - die het pad van individuele fotonen kunnen vormen.

Een foton is een eenheid van licht die niet in kleinere stukjes kan worden opgedeeld. Echter, een lichtgolf heeft technisch meerdere componenten, zeiden de onderzoekers. Het is vergelijkbaar met hoe een geografische locatie een breedtegraad, een lengtegraad en zelfs een hoogte kan hebben: de drie verschillende nummers beschrijven allemaal een enkele locatie. Evenzo kan een enkel foton worden beschreven door componenten met meerdere golven.

Wanneer de lichtgolf door het masker gaat, worden de componenten ervan op verschillende paden verzonden; sommige reizen rechtdoor, terwijl anderen worden verzonden op langzamere, schuine paden die hen vertragen. De snelheid van het foton is de gemiddelde snelheid van alle golfcomponenten, dus het hele foton wordt vertraagd door die omgeleide componenten.

Structuren genaamd golfgeleiders kunnen hetzelfde vertragende effect creëren, maar normaal moet het licht door de golfgeleider gaan om te worden vertraagd.

"Als je licht naar een waveguide stuurt, stuitert het van de muren en reist het in een zigzag," vertelde Giovannini aan WordsSideKick.com. "Wat we hier doen, is min of meer dezelfde structuur creëren, behalve in de vrije ruimte en niet in een golfgeleider. We verwijderen de muren en laten het licht zich verspreiden in de vrije ruimte nadat we het hebben gestructureerd."

Fotonen rennen

De onderzoekers hebben een experiment opgezet waarbij een foton werd gepit die door het masker was gestuurd tegen een ander foton dat dat niet had gedaan. De onderzoekers klokken vervolgens de fotonen, om te zien welke de eerste was. De fotonen die het masker passeerden kwamen met een meetbare vertraging aan.

"De vertraging die we hebben geïntroduceerd in de gestructureerde straal is klein, gemeten op enkele micrometers [een miljoenste van een meter] over een propagatie afstand van 1 meter, maar het is significant," zei Giovannini in een verklaring. De onderzoekers zeiden dat deze vertraging kan worden gezien in beide groepen fotonen en individuele fotonen.

Eerder ontdekten onderzoekers die rondliepen met een aantal speciale lenzen dat licht dat uit deze lenzen kwam iets langzamer leek te bewegen dan de lichtsnelheid. Het is echter de eerste keer dat dit effect wordt geïsoleerd en direct wordt bestudeerd, aldus de onderzoekers. De verklaring van de onderzoeker met betrekking tot het "zigzag" -pad en de structuur van het licht is de eerste volledige theoretische verklaring voor dit fenomeen.

"Wat we deden was een heel duidelijk experiment dat elke dubbelzinnigheid wegneemt", zegt Jacquiline Romero, een onderzoeksassistent aan de Universiteit van Glasgow en co-hoofdauteur van het onderzoek. "Terwijl sommige mensen zullen zeggen 'Oh, dat is duidelijk', misschien zullen sommige mensen ook zeggen: 'O, dat is heel gaaf!'"

De resultaten hebben geen directe toepassingen, zeiden de onderzoekers, maar de bevindingen kunnen belangrijk zijn bij precisiemetingen met licht.

"Het is gewoon een heel mooi effect waar in feite niemand eerder veel aandacht aan had besteed," zei Giovannini.

Volg Calla Cofield @callacofield. Volg ons @livecience, Facebook & Google+. Oorspronkelijk artikel over WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




Onderzoek


Hoe Zeemeerminnen Werken
Hoe Zeemeerminnen Werken

Janet Rowley
Janet Rowley

Science Nieuws


Waarom Hebben Vrouwen Borsten?
Waarom Hebben Vrouwen Borsten?

Lopende Dood? Middeleeuwse Dorpelingen Zombie-Proofed Their Corpses
Lopende Dood? Middeleeuwse Dorpelingen Zombie-Proofed Their Corpses

Pot Dood: Teen Sprongen 4 Verhalen Na Het Eten Van Marihuana Cookie
Pot Dood: Teen Sprongen 4 Verhalen Na Het Eten Van Marihuana Cookie

Oxycontin Goedgekeurd Voor Kinderen, Verontrustende Artsen
Oxycontin Goedgekeurd Voor Kinderen, Verontrustende Artsen

Paddenstoelwolken Barsten Door Neutronensterren En Nasa Kan Het Observeren
Paddenstoelwolken Barsten Door Neutronensterren En Nasa Kan Het Observeren


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

© 2005–2019 WordsSideKick.com