Lyskildeopdagelse udfordrer grundlæggende antagelse om fysik

En udbredt forståelse af elektromagnetisk stråling er blevet udfordret i nyligt offentliggjort forskning ledet ved University of Strathclyde.

Undersøgelsen fandt ud af, at den normale direkte overensstemmelse mellem den aktuelle kildes båndbredder og udsendt stråling kan brydes. Dette blev opnået ved at udtrække smalbåndsstråling med høj effektivitet, uden at foretage svingningen af ​​det nuværende smalbånd.

Fundet frembragte smalbånds lyskilder i medier, hvor elektromagnetisk stråling normalt ikke ville være mulig. Det udgør et stærkt værktøj til forskere, der sætter dem i stand til at forstå finurlighederne ved, hvordan materialer, eller endda biologiske molekyler, opfører sig under forskellige forhold, som har stor indflydelse på menneskers liv gennem udvikling af nye produkter og medicinske behandlinger.

Forskningen, udgivet i Videnskabelige rapporter , også involveret forskere ved Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) og Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), begge i Sydkorea.

Professor Dino Jaroszynski, fra Strathclydes Institut for Fysik, ledet undersøgelsen. Han sagde:"Sammenhængende lyskilder som lasere har mange anvendelser, fra kommunikation til sondering af stofets struktur. Den enkleste kilde til sammenhængende elektromagnetisk stråling er en oscillerende elektrisk strøm i en antenne. Imidlertid, der er mange andre enheder, der er baseret på disse grundlæggende fysiske love, såsom frielektronlaseren, som producerer sammenhængende røntgenstråling, eller magnetroner fundet i mikrobølgeovne.

"Vores undersøgelse har vist, at nogle fælles medier med interessante optiske egenskaber kan drages fordel af, hvis vi indlejrer, eller begrave, en oscillerende strømkilde i dem. Medier som plasma, halvledere og fotoniske strukturer har en 'cut-off', hvor spredning af elektromagnetisk stråling med frekvenser, der er lavere end 'afskæringsfrekvensen' ikke er mulig vi bemærkede, at strålingsimpedansen øges ved afbrydelsen.

"En konsekvens af dette er, at for en bredbåndsstrømkilde nedsænket i denne type dispergerende medium, skæringsfrekvensen 'mode' forbedres selektivt på grund af Ohms lov, hvilket resulterer i en snæver båndbreddeemission. Det, der er nysgerrigt, er, at ny fysik stadig skal være skjult i den klassiske afskæringsadfærd; i vores forskning, vi afdækkede et skjult ansigt på afskæringen og indså et nyt paradigme af smalbåndede lyskilder i medier, der normalt ikke ville tillade elektromagnetisk stråling at forplante sig. Dette er en bemærkelsesværdig enkel idé baseret på ligetil fysikkteori, der synes at være blevet overset.

"Dette er en meget spændende teoretisk opdagelse, der kommer ud af et meget frugtbart samarbejde på tværs af kontinentet. Det viser, at vi altid bør have et åbent sind og stille spørgsmålstegn ved selv meget grundlæggende antagelser. Vi håber at demonstrere dette fænomen i det Strathclyde-baserede skotske center til anvendelse af plasma-baserede acceleratorer; der er mange anvendelser af elektromagnetisk stråling, og den foreslåede kilde bør have stor indflydelse, hvis vi er i stand til at demonstrere det eksperimentelt. "

Professor Min Sup Hur hos UNIST, Sydkorea, der leder arbejdet fra UNIST, sagde:"Denne nye opdagelse er videnskabeligt interessant, fordi det får os til at se fænomenet elektromagnetisk stråling fra et helt andet synspunkt. Vi håber det frugtbare internationale samarbejde, som bragte os til denne teoretiske opdagelse, vil fortsætte med den eksperimentelle demonstration af ideen. "

Moderne lyskilder, eller, mere generelt, elektromagnetiske kilder, der bruges som videnskabelige værktøjer, kræver god sammenhæng, monokromatik, og høj emissionseffekt. Sammenhæng og snæver båndbredde - eller monokromatik - er vigtige egenskaber ved elektromagnetisk stråling, der gør det muligt at bruge den til at observere ændringer i strukturen af ​​materialer, der udsættes for stimuli, såsom en kort intens laserpuls; materialegenskaber udledes af ændringer, der fremgår af pumpesondestudier. En analogi ville være at lave en film ved at samle mange time -lapse -snapshots for at animere de ændringer, der sker i materialet, efter at det er blevet stimuleret.

Hovedudfordringen er at lave monokromatiske elektromagnetiske strålingskilder til elektricitet. Dette gøres ofte ved at lave den oscillerende strøm smalbåndet eller filtrere spektret, hvilket er ekstremt ineffektivt. Det er kompliceret, og kan være dyrt, at reducere båndbredden for en strømkilde, samtidig med at den udstråler effekt.

Research Excellence Framework 2014, den omfattende vurdering af britiske universiteters forskning, rangerede University of Strathclydes fysikforskning først i Storbritannien, med 96% af produktionen vurderet som verdensførende eller internationalt fremragende.