Observation af hydrodynamiske fænomener med lys via analogi mellem kvantegasser og ikke-lineær optik

Et team af forskere fra Friedrich-Schiller-Universitetet Jena, Universit di Trento og University of Birmingham har udviklet en måde at "lytte" til lyde genereret i en væske af lys. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , gruppen beskriver deres arbejde og dets mulige anvendelse som en ny måde at studere væsker på.

Tidligere forskning har vist, at under normale omstændigheder, lys bevæger sig i en lige linje og påvirkes ikke af andre lysstråler. I denne nye indsats, forskerne har skabt et system, hvor lysimpulser interagerer, og sammen opfører de sig på måder, der antyder en supervæske.

Teamets arbejde involverede at bygge en enhed, der er i stand til at simulere adfærden af ​​en superfluid - en, der flyder uden at bremse på grund af friktion - og derefter teste den ved at lytte til den "lyd", der blev genereret. Enheden var lavet af fiberkabler, der blev formet til et net på en sådan måde, at det tillod brugen af ​​"syntetiske" dimensioner - ved at bruge tidsmæssige frihedsgrader som en stand-in for rumlige frihedsgrader. Nettet blev skabt ved først at bygge par af kabler, der blev sløjfet i cirkler af to forskellige størrelser og derefter forbundet dem sammen med en stråledeler. En lysimpuls ville derefter blive spildt og resultaterne sendt gennem begge de to sløjfer. Under en sådan ordning, lys ville forplante sig gennem den kortere sløjfe hurtigere end gennem den længere sløjfe - således ville de to impulser være tidsforskydne i forhold til hinanden, hvor underintervallerne spillede rollen som effektive rumlige placeringer. Holdet forbandt derefter flere loop-par sammen for at skabe et mesh. Under et sådant scenarie, flere lysimpulser overlappede inden for en given sløjfe og gør dermed, ændret systemets adfærd fra at efterligne en gas til at efterligne en supervæske.

Forskerne målte derefter "hastigheden" af den "lyd", der genereres af systemet, da lyset bevægede sig gennem det som en væske. I deres system, "lyd" var repræsenteret af bølger, der forplantede sig i en syntetisk dimension. Dermed, deres hastighedsmåling var faktisk en måling af simulerede krusninger, der forplantede sig gennem nettet - og det stemte overens med hydrodynamisk teori, viser, at deres tilgang virkede efter hensigten. Holdet testede også muligheden for at trække et simuleret objekt gennem systemet. De foreslår, at deres tilgang kunne bruges som en ny måde at studere flydende adfærd.

© 2021 Science X Network