כשם שמטוסים שטסים במהירות סופר-קולית יוצרים בומים קוליים בצורת חרוט, פולסי אור יכולים להשאיר אחריהם ערות אור בצורת חרוט. עכשיו, מצלמה מהירה במיוחד צילמה את הסרטון הראשון אי פעם של אירועים אלה.
החוקרים טוענים כי הטכנולוגיה החדשה ששימשה לגילוי זה עלולה לאפשר יום אחד למדענים לסייע בצפייה בנוירונים ובדימוי של פעילות חיה במוח.
מדע מאחורי הטכנולוגיה
כאשר חפץ נע באוויר, הוא מניע את האוויר שלפניו, ויוצר גלי לחץ שנעים במהירות הקול לכל הכיוונים. אם האובייקט נע במהירויות שוות או גדולות מהצליל, הוא עולה על אותם גלי לחץ. כתוצאה מכך, גלי הלחץ מהאובייקטים המהירים הללו נערמים זה על זה ליצירת גלי הלם המכונים בומים קוליים, הדומים למחיאות רעם.
הבומים הסוניים מוגבלים לאזורים חרויים המכונים "קונוסים מאך" המשתרעים בעיקר בחלק האחורי של חפצים על-טבעיים. אירועים דומים כוללים את גלי הקשת בצורת V שסירה יכולה ליצור בעת נסיעה מהירה יותר מהגלים שהיא דוחפת מגדרו עוברים על פני המים.
מחקרים קודמים העלו כי אור יכול ליצור ערות חרוטיות הדומות לבומים קוליים. כעת, לראשונה, מדענים מדממים את "קונוסי המאך הפוטוניים" החמקמקים האלה.
האור נוסע במהירות של כ 186,000 מיילים לשנייה (300,000 ק"מ לשנייה) בעת מעבר דרך ואקום. על פי תורת היחסות של איינשטיין, שום דבר לא יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור בוואקום. עם זאת, אור יכול לנוע לאט יותר ממהירותו העליונה - למשל, אור עובר בזכוכית במהירויות של בערך 60 אחוז מהמקסימום שלו. אכן, ניסויים קודמים האטו את האור יותר מפי מיליון.
העובדה שאור יכול לנוע מהר יותר בחומר אחד מאשר בחומר אחר עזרה למדענים לייצר קונוסים מאצ 'פוטוניים. ראשית, הסופר הראשי של המחקר ג'ינאנג ליאנג, מהנדס אופטיקה באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס, ועמיתיו עיצבו מנהרה צרה מלאה בערפל קרח יבש. מנהרה זו הייתה דחוקה בין צלחות העשויות מתערובת של גומי סיליקון ואבקת תחמוצת אלומיניום.
לאחר מכן, החוקרים ירה פולסים של אור לייזר ירוק - שכל אחד מהם נמשך רק 7 פיקו-שניות (טריליליונות שנייה) - במורד המנהרה. קטניות אלה יכלו לפזר את כתמי הקרח היבש בתוך המנהרה, ולהפיק גלי אור שיכולים להיכנס ללוחות הסובבים.
האור הירוק בו השתמשו המדענים נסע מהר יותר בתוך המנהרה מאשר היה בצלחות. כיוון שכך, כאשר דופק לייזר עבר במנהרה, הוא הותיר אחריו קונוס של גלי אור חופפים שנעים איטית יותר בתוך הצלחות.
מצלמת סטריק
כדי לצלם וידיאו של אירועי פיזור האור החמקמקים הללו, החוקרים פיתחו "מצלמת פס" שיכולה לצלם תמונות במהירות של 100 מיליארד פריימים בשנייה בחשיפה יחידה. מצלמה חדשה זו תפסה שלוש תצוגות שונות על התופעה: זו שרכשה תמונה ישירה של הסצנה, ושניים שתיעדו מידע זמני על האירועים כך שהמדענים יוכלו לשחזר את מה שקרה מסגרת אחר תמונה. בעיקרו של דבר, הם "שמים ברקודים שונים על כל תמונה פרטנית, כך שגם אם במהלך רכישת הנתונים הם כולם מעורבבים זה בזה, נוכל למיין אותם", אמר ליאנג בראיון.
ישנן מערכות הדמיה אחרות שיכולות לתפוס אירועים מהירים במיוחד, אך בדרך כלל מערכות אלה צריכות לרשום מאות או אלפי חשיפות של תופעות כאלה לפני שהן יכולות לראות אותן. לעומת זאת, המערכת החדשה יכולה להקליט אירועים מהירים במיוחד עם חשיפה יחידה. זה נועד להקליט אירועים מורכבים ובלתי ניתנים לחיזוי שאולי לא יחזרו על עצמם בדיוק באותו אופן בכל פעם שהם מתרחשים, כמו שקרה בקונוסים המאצ 'פוטוניים שליאנג ועמיתיו הקליטו. במקרה כזה, הכתמים הזעירים שפיזרו אור הסתובבו באקראי.
החוקרים אמרו שהטכניקה החדשה שלהם עשויה להועיל בהקלטת אירועים מהירים במיוחד בהקשרים ביו-רפואיים מורכבים כמו רקמות חיות או דם זורם. ליאנג אמר ל- Live Science "המצלמה שלנו מהירה מספיק כדי לראות נוירונים יורים ולדמיין תנועה חיה במוח. "אנו מקווים שנוכל להשתמש במערכת שלנו כדי ללמוד רשתות עצביות כדי להבין כיצד המוח עובד."
המדענים פירטו את ממצאיהם באינטרנט ב- 20 בינואר בכתב העת Science Advances.
מאמר מקורי בנושא Live Science.
