تم إنشاء موجات ضوئية خاصة يمكنها اختراق حتى الأجسام المعتمة

ينشئ الباحثون في جامعة أوتريخت و TU Wein (فيينا) موجات ضوئية خاصة تخترق أجسامًا غير شفافة ، كما لو لم تكن موجودة هناك.

لماذا السكر غير شفاف؟ وذلك لأن الضوء الذي يخترق جزءًا من السكر يتناثر ويتحول ويتحول بطريقة أكثر تعقيدًا. ومع ذلك ، كما تمكن فريق الدراسة من TU Wein (فيينا) وجامعة Utrecht (هولندا) الآن من إظهار أن هناك فئة من موجات الضوء الخاصة التي لا تناسب: أي وسط غير منتظم معين – مثل السكر قد يكون لديك مكعب في قهوتك – يتم استخدام أشعة الضوء التي صنعها الخياط بواسطة هذه الوسيلة ، ولا يمكن تغييرها ، ولكن يتم ملاحظتها فقط. يخترق شعاع الضوء الوسط ، ويأتي أحد أشكال الضوء إلى الآخر وله نفس الشكل.

يمكن أيضًا استخدام فكرة “أنماط الضوء المبعثر الثابت” لاستكشاف الأجزاء الداخلية للأشياء على وجه التحديد. تم نشر النتائج الآن في الصحافة الضوئيات الطبيعة.

للمقارنة: شعاع ضوئي بدون تشتت. الائتمان: قناع التنبيه / ماتياس كومير

العدد الفلكي للأشكال الموجية الممكنة

يمكن أن تتخذ الأمواج على سطح مائي مضطرب أشكالًا مختلفة لا حصر لها – وبالمثل ، يمكن أن تتشكل موجات الضوء بأشكال مختلفة لا حصر لها. يوضح ستيفن روتر ، الأستاذ بمعهد الفيزياء النظرية بجامعة TU Wein ، أن “كل نمط من أنماط الموجات الضوئية هذه ينتقل وينحرف بطريقة معينة عندما ينتقل عبر وسط غير منتظم”.

يعمل ستيفن روتور مع فريقه لتطوير طرق رياضية لوصف تأثيرات تشتت الضوء. تم توفير الخبرة في إنتاج وتصنيف مثل هذه الحقول الضوئية المعقدة من قبل فريق حول مسجد البروفيسور أليرت في جامعة أوتريخت. يوضح Alard Musk ، رئيس فريق البحث التجريبي: “كوسيلة تشتت للضوء ، استخدمنا طبقة من أكسيد الزنك – مسحوق أبيض من الجسيمات النانوية غير الشفافة والمرتبة بشكل عشوائي تمامًا”.

أولاً ، تحتاج إلى تصنيف هذه الطبقة بدقة. باستخدام مسحوق أكسيد الزنك ، يمكنك تسليط إشارات ضوئية محددة جدًا وقياس كيفية اكتشافها وراءها. من هذا ، يمكنك تحديد كيفية تحويل أي موجة أخرى بواسطة هذا الوسيط – على وجه الخصوص ، يمكنك على وجه التحديد حساب نمط الموجة الذي يتم تحويله بواسطة طبقة أكسيد الزنك هذه حيث لا يوجد أي تشتت موجي في هذه الطبقة على الإطلاق.

“كما تمكنا من إظهار ، هناك فئة خاصة من موجات الضوء – ما يسمى بالحيود – أنماط الضوء الثابتة ، والتي ، بغض النظر عما إذا كانت الموجة الضوئية تنتقل عبر الهواء فقط ، فإنها تشكل نفس الشكل الموجي في الكشف . في التجربة ، وجدنا أن أكسيد الزنك لا يغير في الواقع شكل هذه الموجات الضوئية – إنها تضعف قليلاً بشكل عام ، “يشرح قناع التنبيه.

مجرة نجمية في كاشف ضوئي

هذه الأنماط الضوئية المتغيرة بالانتثار خاصة ونادرة ، مع عدد غير محدود من الموجات الضوئية نظريًا ، والتي لا يزال من الممكن رؤية الكثير منها. إذا قمت بدمج أنماط الضوء المتناقضة هذه بالطريقة الصحيحة ، فستحصل مرة أخرى على شكل موجة متغيرة التشتت.

يقول جيرون بوش ، الذي عمل في التجربة كطالب دكتوراه: “بهذه الطريقة ، لك مطلق الحرية في اختيار الصورة التي تريد إرسالها دون مقاطعة ، على الأقل ضمن حدود معينة”. طالب علم. “بالنسبة للتجربة ، اخترنا مجرة ​​كمثال: Big Tipper. في الواقع ، تمكنا من تحديد موجة تشتت غير متغيرة تنقل صورة Big Dipper إلى الكاشف ، بغض النظر عما إذا كانت موجة الضوء مبعثرة بواسطة طبقة أكسيد الزنك. بالنسبة للكاشف ، يبدو شعاع الضوء متطابقًا تقريبًا في كلتا الحالتين. “

عرض داخل الخلية

يمكن أيضًا استخدام هذه الطريقة في إجراءات التصوير لاكتشاف أنماط الضوء التي تخترق كائنًا مضطربًا بشكل كبير. “في المستشفيات ، تُستخدم الأشعة السينية للنظر داخل الجسم – لها طول موجي قصير ، لذا فهي تخترق جلدنا ، لكن الطريقة التي تخترق بها موجة الضوء جسمًا ما لا تعتمد فقط على الطول الموجي ولكن أيضًا على شكل الموجة ،” Matthias Kohmeyer ، الذي يعمل حاصل على درجة الدكتوراه. طالب في محاكاة الكمبيوتر للانتشار. “إذا كنت تريد تركيز الضوء على نقاط معينة داخل كائن ما ، فإن طريقتنا تفتح إمكانيات جديدة تمامًا. باستخدام نهجنا ، تمكنا من إظهار أنه يمكننا أيضًا التحكم بشكل خاص في توزيع الضوء داخل طبقة أكسيد الزنك. قد يكون هذا مثيرًا للاهتمام للتجارب البيولوجية ، على سبيل المثال ، حيث تريد إدخال الضوء في نقاط محددة من أجل النظر بشكل أعمق في الخلايا.

يُظهر المنشور المشترك لعلماء من هولندا والنمسا مدى أهمية التعاون الدولي بين النظرية والتجربة لتقدم هذا البحث.

ملاحظة: بريت باي ، جيروين بوش ، ماتياس كومير ، ستيفن روتر ، أليرت ب. كتب ماسك ، “تنتشر أنماط مختلفة من الضوء في وسائط معقدة” ، 8 أبريل 2021 ، الضوئيات الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41566-021-00789-9