Κύματα φωτός που δημιουργήθηκαν για να συγκρούονται σαν να ήταν τεράστια αντικείμενα - Physics World

Τα φωτόνια μπορούν να συγκρουστούν σαν να ήταν τεράστια αντικείμενα χάρη σε μεταϋλικά γνωστά ως διασυνδέσεις χρόνου που υφίστανται απότομες αλλαγές στις οπτικές τους ιδιότητες. Αυτό είναι το εύρημα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Πόλης της Νέας Υόρκης των ΗΠΑ, οι οποίοι λένε ότι η εργασία τους θα μπορούσε να έχει εφαρμογές σε ασύρματες επικοινωνίες, τεχνολογίες απεικόνισης και συλλογής ενέργειας.

Όταν δύο αντικείμενα συγκρούονται μεταξύ τους, συγκρούονται και η κινητική τους ενέργεια είτε διατηρείται, είτε χάνεται είτε αυξάνεται, ανάλογα με τις μηχανικές τους ιδιότητες. Αντίθετα, δύο φωτόνια (ηλεκτρομαγνητικά κύματα) διέρχονται γενικά το ένα μέσα από το άλλο, αν και η συνάντησή τους μπορεί να εκδηλωθεί μέσω κυματικών φαινομένων όπως η παρεμβολή. Ωστόσο, η κατάσταση είναι πολύ διαφορετική όταν διασκορπίζονται από μια δομή με απώλειες καθώς παρεμβαίνουν. Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια μπορεί να περάσει ανάμεσά τους έτσι ώστε να μεταδίδεται ή να απορροφάται πλήρως ανάλογα με το σχετικό πλάτος και τη φάση των φωτονίων. Ένας τέτοιος «συνεκτικός έλεγχος κυμάτων», όπως είναι γνωστό, μπορεί να αξιοποιηθεί για τη δημιουργία φαινομένων όπως η τέλεια απορρόφηση –δηλαδή η καταστροφική παρεμβολή των κυμάτων καθώς η ενέργειά τους διαχέεται πλήρως– και για να προσαρμόσουμε την ποσότητα της απορρόφησης όπως απαιτείται.

Ερευνητές με επικεφαλής τον φυσικό και μηχανικό Andrea Alù έχουν πλέον δείξει ότι μπορούν να δημιουργήσουν μια νέα μορφή ελέγχου στις ανταλλαγές ενέργειας μεταξύ φωτονίων. Κατά τη διαδικασία, συνειδητοποίησαν το φωτονικό ανάλογο μιας μηχανικής σύγκρουσης για ηλεκτρομαγνητικά κύματα χρησιμοποιώντας μεταϋλικά που μπορούν να υποστούν απότομες και μεγάλες αλλαγές στις ηλεκτρομαγνητικές τους ιδιότητες. Αυτές οι παραλλαγές επέτρεψαν στην ομάδα να δημιουργήσει μια δομή γνωστή ως time interface.

«Όταν δύο κύματα που διαδίδονται σε αντίθετες κατευθύνσεις βιώνουν μια τέτοια διεπαφή ενώ αλληλοεπικαλύπτονται, βιώνουν εξαιρετικά γρήγορες ανταλλαγές ενέργειας, σαν να συγκρούονται αντικείμενα», εξηγεί ο Alù. «Η σχετική φάση των δύο κυμάτων μπορεί να ελέγξει τη φύση αυτής της σύγκρουσης, η οποία μπορεί είτε να εξοικονομήσει ενέργεια, είτε να τη διαλύσει είτε να την ενισχύσει. Σε αυτή τη μορφή χρονικού συνεκτικού ελέγχου κυμάτων, τα κύματα που ανακλώνται από τη χρονική διεπαφή παρεμβαίνουν καταστροφικά στα διαθλούμενα κύματα. Κάτω από κατάλληλες συνθήκες, αυτό επιτρέπει την ακύρωση ενός ή και των δύο κυμάτων.

Διαμόρφωση ηλεκτρομαγνητικών παλμών

Οι ερευνητές πήραν την ιδέα για τη νέα τους εργασία αφού αναρωτήθηκαν εάν θα ήταν δυνατό να διαγραφεί ένα ανεπιθύμητο μηχανικό κύμα, όπως ένα τσουνάμι ή ένα σεισμικό κύμα, «ρίχνοντας» ένα άλλο, παρόμοιο, κύμα εναντίον του για να το αντιμετωπίσει. «Ενώ ένα τέτοιο αποτέλεσμα είναι αδύνατο στη συμβατική κυματική φυσική, ξέραμε ότι ήταν δυνατό, καταρχήν, με ένα χρονικό μεταϋλικό», λέει. Εμανουέλε Γκαλίφι, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο του Alù και επικεφαλής συγγραφέας μιας μελέτης στο Φυσική της Φύσης στο έργο. «Το πείραμά μας μας επέτρεψε να δείξουμε αυτήν την ιδέα σε δράση για ηλεκτρομαγνητικά κύματα».

Οι φυσικοί πραγματοποιούν την πρώτη μέτρηση της «χρονικής ανάκλασης» σε μικροκύματα

Αυτό το φωτονικό ανάλογο των μηχανικών συγκρούσεων θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη διαμόρφωση ηλεκτρομαγνητικών παλμών συγκρούοντάς τους μεταξύ τους. Οι ερευνητές έχουν επιδείξει τέτοια γλυπτική για ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο καθεστώς μικροκυμάτων και τώρα στοχεύουν να το επιτύχουν σε υψηλότερες συχνότητες χρησιμοποιώντας συσκευές όπως τρανζίστορ γραφενίου υψηλής ταχύτητας αντί για διασυνδέσεις χρόνου.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• ChartPrime. Ανεβάστε το Trading Game σας με το ChartPrime. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/light-waves-made-to-collide-as-if-they-were-massive-objects/