Accelererende lysstråler i buet rum

Ved at skinne en laser langs den indvendige skal af en glødelampe, fysikere har udført den første eksperimentelle demonstration af en accelererende lysstråle i buet rum. I stedet for at bevæge sig langs en geodesisk bane (den korteste vej på en buet overflade), accelerationsstrålen bøjer væk fra den geodesiske bane som følge af dens acceleration.

Tidligere har accelererende lysstråler er blevet påvist på flade overflader, hvorpå deres acceleration får dem til at følge buede baner frem for lige linjer. Udvidelse af accelerationsbjælker til buede overflader åbner dørene for yderligere muligheder, såsom efterligning af fænomener med relativ relativitet (f.eks. gravitationslinser) med optiske enheder i laboratoriet.

Fysikerne, Anatoly Patsyk, Miguel A. Bandres, og Mordechai Segev ved Technion - Israel Institute of Technology, sammen med Rivka Bekenstein ved Harvard University og Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, har udgivet et papir om de accelererende lysstråler i buet rum i et nylig nummer af Fysisk gennemgang X .

"Dette arbejde åbner dørene til en ny studievej inden for accelerationsbjælker, "Fortalte Patsyk Phys.org . "Så langt, accelererende stråler blev kun undersøgt i et medium med en flad geometri, f.eks. fladt frit rum eller pladebølgeledere. I det aktuelle arbejde, optiske stråler følger buede baner i et buet medium. "

I deres eksperimenter, forskerne transformerede først en almindelig laserstråle til en accelererende ved at reflektere laserstrålen fra en rumlig lysmodulator. Som forskerne forklarer, dette præger en bestemt bølgefront på strålen. Den resulterende stråle er både accelererende og formbevarende, hvilket betyder, at den ikke spredes, når den formerer sig i et buet medium, som almindelige lysstråler ville gøre. Den accelererende lysstråle sendes derefter ind i skallen på en glødepære, som blev malet for at sprede lys og synliggøre strålens udbredelse.

Når du bevæger dig langs indersiden af ​​pæren, accelerationsstrålen følger en bane, der afviger fra den geodesiske linje. Til sammenligning, forskerne lancerede også en ikke -accelererende stråle inde i pæreskallen, og observerede, at denne stråle følger den geodesiske linje. Ved at måle forskellen mellem disse to baner, forskerne kunne bestemme accelerationen af ​​den accelererende stråle.

Der henviser til, at en accelerationsstråles bane på en flad overflade fuldstændigt bestemmes af bjælkens bredde, den nye undersøgelse viser, at en accelererende stråles bane på en sfærisk overflade bestemmes af både strålebredden og overfladens krumning. Som resultat, en accelerationsstråle kan ændre sin bane, samt periodisk fokus og defokus, på grund af krumningen.

Evnen til at accelerere lysstråler langs buede overflader har en række potentielle anvendelser, hvoraf det ene efterligner generelle relativitet fænomener.

"Einsteins generelle relativitetsevns ligninger bestemmer, blandt andre spørgsmål, udviklingen af ​​elektromagnetiske bølger i buet rum, "Sagde Patsyk." Det viser sig, at udviklingen af ​​elektromagnetiske bølger i buet rum i henhold til Einsteins ligninger svarer til udbredelsen af ​​elektromagnetiske bølger i et materialemedium beskrevet af de elektriske og magnetiske følsomheder, der får lov at variere i rummet. Dette er grundlaget for at efterligne adskillige fænomener kendt fra den generelle relativitetsteori ved de elektromagnetiske bølger, der udbreder sig i et materielt medium, der giver anledning til de emulerende effekter, såsom gravitationslinser og Einsteins ringe, gravitationsblåt skift eller rødt skift, som vi har studeret tidligere og meget mere."

Resultaterne kunne også tilbyde en ny teknik til styring af nanopartikler i blodkar, mikrokanaler, og andre buede indstillinger. Accelererende plasmoniske stråler (som er lavet af plasmaoscillationer i stedet for lys) kan potentielt bruges til at overføre strøm fra et område til et andet på en buet overflade. Forskerne planlægger at udforske disse muligheder og andre yderligere i fremtiden.

"Vi undersøger nu lysets udbredelse inden for de tyndeste buede membraner - sæbebobler med molekylær tykkelse, "Sagde Patsyk." Vi studerer også lineære og ikke -lineære bølgefænomener, hvor laserstrålen påvirker tykkelsen af ​​membranen, og til gengæld påvirker membranen lysstrålen, der formerer sig inden i den. "

© 2018 Phys.org