Door een laser langs de binnenkant van een gloeilamp te laten schijnen, natuurkundigen hebben de eerste experimentele demonstratie uitgevoerd van een versnellende lichtstraal in een gekromde ruimte. In plaats van langs een geodetisch traject te bewegen (het kortste pad op een gekromd oppervlak), de versnellende bundel buigt weg van het geodetische traject als gevolg van zijn versnelling.

Eerder, versnellende lichtstralen zijn aangetoond op vlakke oppervlakken, waarop hun versnelling ervoor zorgt dat ze gebogen banen volgen in plaats van rechte lijnen. Het verlengen van versnellende balken naar gebogen oppervlakken opent de deuren naar extra mogelijkheden, zoals het nabootsen van algemene relativiteitsverschijnselen (bijvoorbeeld zwaartekrachtlenzen) met optische apparaten in het laboratorium.

de fysici, Anatoly Patsyk, Miguel A. Bandres, en Mordechai Segev aan het Technion – Israel Institute of Technology, samen met Rivka Bekenstein aan de Harvard University en het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, hebben een artikel gepubliceerd over de versnellende lichtstralen in gekromde ruimte in een recent nummer van: Fysieke beoordeling X .

"Dit werk opent de deuren naar een nieuwe studierichting op het gebied van het versnellen van bundels, " vertelde Patsyk Phys.org . "Zo ver, versnellende bundels werden alleen bestudeerd in een medium met een vlakke geometrie, zoals vlakke vrije ruimte of plaatgolfgeleiders. In het huidige werk optische bundels volgen gebogen banen in een gebogen medium."

In hun experimenten, de onderzoekers transformeerden eerst een gewone laserstraal in een versnellende door de laserstraal te reflecteren op een ruimtelijke lichtmodulator. Zoals de wetenschappers uitleggen, dit drukt een specifiek golffront op de straal. De resulterende straal is zowel versnellend als vormvast, wat betekent dat het zich niet uitbreidt terwijl het zich voortplant in een gebogen medium, zoals gewone lichtstralen zouden doen. De versnellende lichtstraal wordt vervolgens gelanceerd in de schaal van een gloeilamp, die was geschilderd om licht te verstrooien en de voortplanting van de straal zichtbaar te maken.

Wanneer u langs de binnenkant van de gloeilamp beweegt, de versnellende bundel volgt een traject dat afwijkt van de geodetische lijn. Ter vergelijking, de onderzoekers lanceerden ook een niet-versnellende straal in de omhulsel van de gloeilamp, en merkte op dat die straal de geodetische lijn volgt. Door het verschil tussen deze twee trajecten te meten, de onderzoekers konden de versnelling van de versnellende bundel bepalen.

Terwijl de baan van een versnellende bundel op een plat oppervlak volledig wordt bepaald door de bundelbreedte, de nieuwe studie toont aan dat het traject van een versnellende bundel op een bolvormig oppervlak wordt bepaald door zowel de bundelbreedte als de kromming van het oppervlak. Als resultaat, een versnellende straal kan van baan veranderen, evenals periodieke focus en defocus, vanwege de kromming.

Het vermogen om lichtbundels langs gebogen oppervlakken te versnellen heeft een verscheidenheid aan potentiële toepassingen, een daarvan is het nabootsen van algemene relativiteitsverschijnselen.

"Einstein's algemene relativiteitsvergelijkingen bepalen, onder andere kwesties, de evolutie van elektromagnetische golven in de gekromde ruimte, "Zei Patsyk. "Het blijkt dat de evolutie van elektromagnetische golven in de gekromde ruimte volgens de vergelijkingen van Einstein gelijk is aan de voortplanting van elektromagnetische golven in een materieel medium, beschreven door de elektrische en magnetische susceptibiliteiten die in de ruimte mogen variëren. Dit is de basis van het nabootsen van talrijke verschijnselen die bekend zijn uit de algemene relativiteitstheorie door de elektromagnetische golven die zich in een materieel medium voortplanten, die aanleiding geven tot de emulerende effecten zoals zwaartekrachtlensing en de ringen van Einstein, zwaartekracht blauwverschuiving of roodverschuiving, die we in het verleden hebben bestudeerd, en nog veel meer."

De resultaten kunnen ook een nieuwe techniek bieden voor het beheersen van nanodeeltjes in bloedvaten, microkanalen, en andere gebogen instellingen. Versnelde plasmonische bundels (die zijn gemaakt van plasma-oscillaties in plaats van licht) kunnen mogelijk worden gebruikt om energie van het ene gebied naar het andere over te brengen op een gebogen oppervlak. De onderzoekers zijn van plan om deze en andere mogelijkheden in de toekomst verder te verkennen.

"We onderzoeken nu de voortplanting van licht binnen de dunst mogelijke gebogen membranen - zeepbellen met een moleculaire dikte, " zei Patsyk. "We bestuderen ook lineaire en niet-lineaire golfverschijnselen, waar de laserstraal de dikte van het membraan beïnvloedt en in ruil daarvoor beïnvloedt het membraan de lichtstraal die zich daarin voortplant."

© 2018 Fys.org