Áttörő felfedezés: a lézerfény szilárd tárgy módjára árnyékot vet

A kutatók megmutatták, hogy a lézersugár időnként úgy működik, mint egy szilárd tárgy és szabad szemmel látható árnyékot vet. A képen az árnyék a kék háttéren áthaladó vízszintes vonal.

Fotó: R. A. Abrahao, H. P. N. Morin, J. T. R. Pagé, A. Safari, R. W. Boyd, J. S. Lundeen

Az Ottawai Egyetem kutatói egy friss tanulmányban egy figyelemre méltó jelenséget demonstráltak: egy lézersugár látható árnyékot vet. Jeff Lundeen az Ottawai Egyetem docensének vezetésével történt felfedezés az első ilyen megfigyelés és kétségbe vonja arról való ismereteinket, hogy hogyan reagál a fény önmagával. A fotonok általában keresztülhaladnak egymáson anélkül, hogy kölcsönhatásba lépnének egymással. Ez a kísérlet azonban egy olyan hatást mutat, amelyben egy lézerfénysugár árnyéka ugyanúgy viselkedik, mint a szilárd tárgyak által vetett árnyék.

A fény, lévén tömeg nélküli, nem vet árnyékot; normál körülmények között a fotonok akadálytalanul keresztülhaladnak egymáson. A kutatók bemutatták, hogy a lézerfény tárgyként viselkedik – a sugár árnyékot vet egy felületre, amikor a sugarat megvilágítják egy másik fényforrással. Lundeen professzor azt mondja, bemutatták, hogy bizonyos körülmények között a fény képes más fényt blokkolni, árnyékot hozva létre. Ez izgalmas, új lehetőségeket tár fel, hogy oly módon kontrollálják és manipulálják a fényt, ahogy korábban nem tartották lehetségesnek.

A kutatók megmutatták, hogy a lézerfénysugár időnként úgy működik, mint egy szilárd tárgy és szabad szemmel látható árnyékot vet. A képen az árnyék a kék háttéren áthaladó vízszintes vonal.
Fotó: R. A. Abrahao, H. P. N. Morin, J. T. R. Pagé, A. Safari, R. W. Boyd, J. S. Lundeen  / University of Ottawa

 

 

A lézerfény szabad szemmel látható árnyékot hozott létre 

A kísérletben a csapat egy zöld lézersugárral keresztülvilágított egy rubinkristályt, miközben oldalról kék lézerfénnyel világították meg. Ez szabad szemmel látható árnyékot hozott létre a felszínen. A hatást az rubinkristályban lévő fordított szaturációs abszorpció okozza, ami lehetővé teszi a zöld lézernek, hogy blokkolja a kék fény útját, ami a lézersugár körvonalait követő sötét régiót eredményez.

Lundeen azt mondja, hogy ami különösen lenyűgöző az, hogy ez a lézerárnyék mennyire úgy viselkedik, mint a hagyományos árnyék. Követi a tárgy alakját - ebben az esetben a lézersugárét -, és még hozzá is idomul annak a felületnek a körvonalaihoz, amire ráesik, épp, ahogyan egy faág árnyéka tenné.

A kutatók kísérletileg megmérték az árnyék kontrasztjának a lézersugár erejétől való függőségét és azt találták, hogy a maximum kontraszt megközelítőleg 22%, ami hasonló egy fa árnyékához egy napsütötte napon. Kidolgoztak egy elméleti modellt, hogy előre jelezzék az árnyék kontrasztját, és pontosan megegyezett a kísérleti adatokkal. Azt találták, hogy az árnyék sötétsége a zöld lézerfény erősségével arányosan növekszik, elérve a 22% maximum kontrasztot.

Ez a felfedezés kibővíti a fény-anyag kölcsönhatásról való ismereteinket és praktikus alkalmazásokban potenciálisan felhasználható. Új lehetőségeket nyit meg például az optikai kapcsolásokban, az optikai készítményekben és a képalkotó technológiákban. A jelenség további vizsgálata új fejlesztésekhez vezethet a fotonikában, a nemlineáris optikában, és más fényalapú technológiákban.

A kutatók azt mondják, hogy technológiai szempontból a demonstrált hatás azt mutatja, hogy egy közvetített lézersugarat kontrollálni lehet egy másik lézer alkalmazásával. Azt tervezik, hogy megvizsgálnak más anyagokat és más lézer-hullámhosszokat, amik hasonló hatásokat produkálnak. 

A tanulmány kihangsúlyozza az alapkutatás fontosságát a fizikai világról való tudásunk újraformálásában.

 

(Forrás: University of Ottawa: https://www.uottawa.ca/)

Videó: A két fényforrás közti kölcsönhatás árnyékot hozott létre a képernyőn, ami sötét területként volt látható ott, ahol a zöld lézer blokkolta a kék fényt.