Oamenii de știință au descoperit că laserul poate produce umbră

Lumina poate să creeze o umbră? Deși pare o enigmă filosofică, cercetătorii au descoperit că, în anumite condiții, un fascicul laser poate acționa ca un obiect opac și, astfel, laserul poate produce umbră. Această descoperire pune la încercare înțelegerea tradițională a umbrelor și deschide noi posibilități tehnologice care ar putea folosi un fascicul laser pentru a controla un alt fascicul laser.

„Faptul că laserul poate produce umbră era considerat imposibil, deoarece lumina, de obicei, trece prin alte fascicule de lumină fără să interacționeze. Demonstrarea acestui efect optic contraintuitiv ne invită să reconsiderăm noțiunea de umbră”, a declarat Raphael A. Abrahao, liderul echipei de cercetare de la Laboratorul Național Brookhaven (SUA), anterior la Universitatea din Ottawa (Canada).

• Noi observații arată că planetele se formează printr-un efect de domino
• O explozie rară de raze gamma, declanșată de gaura neagră supermasivă din centrul Messier 87

În jurnalul Optica, cercetătorii explică modul în care au folosit un cristal de rubin și lungimi de undă specifice ale laserului pentru a demonstra că un fascicul laser poate bloca lumina și crea o umbră vizibilă datorită unui proces optic neliniar. Acest efect are loc atunci când lumina interacționează cu un material într-un mod dependent de intensitate și poate influența un alt câmp optic.

„Înțelegerea noastră asupra umbrelor s-a dezvoltat în paralel cu înțelegerea luminii și a opticii. Această descoperire ar putea fi utilă în diverse aplicații, cum ar fi comutatoarele optice (dispozitive în care lumina controlează prezența altei lumini) sau tehnologiile care necesită controlul precis al transmiterii luminii, cum ar fi laserele de mare putere”, a spus Abrahao.

Cum le-a venit cercetătorilor această idee?

Noua cercetare face parte dintr-o explorare mai amplă asupra interacțiunii unui fascicul de lumină cu alt fascicul în condiții speciale și procese optice neliniare. Ideea a pornit de la o discuție la prânz, când cineva a observat că unele scheme experimentale realizate cu software de vizualizare 3D arată umbra unui fascicul laser deoarece îl tratează ca pe un cilindru, fără a ține cont de fizica unui fascicul laser. Unii oameni de știință s-au întrebat: „Ar putea fi făcut acest lucru într-un laborator?”

„Ceea ce a început ca o discuție amuzantă la prânz a dus la o conversație despre fizica laserelor și răspunsul optic neliniar al materialelor. De acolo, am decis să facem un experiment pentru a demonstra umbra unui fascicul laser”, a spus Abrahao.

Pentru a realiza acest lucru, cercetătorii au dirijat un laser verde de mare putere printr-un cub de cristal de rubin standard și l-au iluminat lateral cu un laser albastru. Când laserul verde intră în rubin, acesta schimbă local răspunsul materialului la lungimea de undă a luminii albastre. Laserul verde acționează ca un obiect obișnuit, iar laserul albastru ca o sursă de lumină.

Interacțiunea dintre cele două surse de lumină a creat o umbră pe un ecran, vizibilă ca o zonă întunecată unde laserul verde a blocat lumina albastră. Umbra întrunea toate criteriile pentru a fi considerată o umbră, fiind vizibilă cu ochiul liber, urmând contururile suprafeței și forma fasciculului de laser care a acționat ca un obiect opac.

Laserul poate produce umbră. Cum o măsurăm?

Faptul că laserul poate produce umbră este o consecință a absorbției optice neliniare din rubin. Efectul apare deoarece laserul verde crește absorbția optică a fasciculului laser albastru, creând o zonă corespunzătoare în lumina de iluminare cu o intensitate optică mai mică, rezultând o zonă mai întunecată ce apare ca o umbră a fasciculului verde.

„Această descoperire extinde înțelegerea interacțiunilor dintre lumină și materie și deschide noi posibilități de utilizare a luminii în moduri la care nu ne-am fi gândit înainte”, a declarat Abrahao.

Cercetătorii au măsurat experimental dependența contrastului umbrei în funcție de puterea fasciculului laser, obținând un contrast maxim de aproximativ 22%, similar cu contrastul unei umbre de copac într-o zi însorită. Ei au dezvoltat și un model teoretic care a prezis corect contrastul umbrei.

Din perspectivă tehnologică, efectul demonstrat de cercetători arată că intensitatea unui fascicul laser transmis poate fi controlată prin aplicarea unui alt fascicul laser. În continuare, aceștia plănuiesc să investigheze alte materiale și alte lungimi de undă ale laserului care pot produce efecte similare, notează Eurek Alert.

Vă recomandăm să citiți și:

Haine transformate în surse de energie printr-o nouă tehnologie

Un dispozitiv pe bază de hârtie generează energie electrică din umiditatea din aer

Invenția neobișnuită care extrage CO2 din atmosferă și îl transformă în combustibil

Fizicienii „sparg” regulile magnetismului pentru a avansa computerele cuantice și supraconductorii