פיזיקאים מבצעים מדידה ראשונה אי פעם של 'השתקפות זמן' בגלי מיקרו

פיזיקאים בארה"ב ראו השפעה המכונה השתקפות זמן בגל אלקטרומגנטי בפעם הראשונה. הם זיהו את התופעה - המקבילה הזמנית של השתקפות מרחבית מוכרת - על ידי החלפה מהירה של סדרה של קבלים בסוג חדשני של מטא-חומר. לדבריהם, התוצאה יכולה לשפר את התקשורת האלחוטית ובסופו של דבר לעזור להביא למחשוב אופטי מבוקש.

השתקפות יומיומית כוללת טרנספורמציה של חבילת גל כאשר היא פוגשת ממשק באזור נבדל של החלל. התהליך שומר על סדר זמני, כך שהחלק המוביל של גל האירוע נשאר קדימה לאחר השתקפות. המשמעות היא שאובייקטים רחוקים מהמראה נראים רחוקים יותר בהשתקפות, בעוד שצלילים בהד חוזרים באותו סדר שבו הם נפלטו.

השתקפות זמן כרוכה במקום זאת בשינוי של חבילת גל כתוצאה משינוי פתאומי בזמן שחל באופן שווה בכל המדיום שהוא חוצה. במילים אחרות, החומר המדובר חווה שינוי פתאומי בתכונותיו. זה גורם לגל להחליף כיוון כך שהקצה האחורי שלו לפני ההשתקפות נמצא כעת בחזית. עצמים קרובים יותר למראה בעולם האמיתי יסתכלו רחוק יותר בהשתקפות, בעוד שבשביל הד הצליל האחרון שנפלט יהפוך לראשון לחזור.

שני התהליכים משמרים כמויות שונות. גל שמקפיץ עצם מעביר מומנטום לאותו עצם בזמן שהתדר שלו נשמר. לעומת זאת, גל המשתקף בזמן חייב לשמור על המומנטום, ולגרום לשינוי במהירות שבה הוא מתנודד (תדירותו). במילים אחרות, הגל המוחזר שומר על צורתו אך נמתח בזמן.

עד כה, מדענים צפו רק השתקפויות זמניות כאלה בגלי מים. לראות את אותו הדבר בקרינה אלקטרומגנטית מסובך בגלל התדירות הגבוהה של הגלים. הטריק כרוך ביכולת לשנות את מקדם השבירה של חומר בצורה אחידה במהירות גבוהה מספיק - לוקח הרבה פחות זמן מתקופת הגלים - ועם ניגודיות גדולה מספיק כדי ליצור אפקט מדיד.

זמן להרהר

אנדריאה אלו ועמיתים מאוניברסיטת סיטי בניו יורק הצליחו כעת לעשות זאת על ידי יצירת סוג חדש של מטא-חומר. למטא-חומרים יש תכונות אלקטרומגנטיות מרשימות, הודות למספר הגדול של מבנים מהונדסים הזעירים המסודרים במדויק.

החומר המדובר מורכב מרצועת מתכת באורך 6 מ' המשמשת כמוליך גלים של מיקרוגל המתפתלת הלוך ושוב 20 פעמים ליצירת התקן באורך של כ-30 ס"מ.². שלושים מעגלים קיבוליים ממוקמים במרווחים קבועים לאורך הרצועה, אך מופרדים ממנה על ידי מתגים. הרעיון הוא להזריק סדרה של פולסים של מיקרוגל ולאחר מכן להפעיל או לכבות את כל המעגלים בו זמנית בזמן שהפולסים נמצאים במעבר לאורך הרצועה - מה שגורם לשינוי פתאומי במקדם השבירה האפקטיבי של המטא-חומר ובעכבה. השינוי הפתאומי הזה משקף זמנית את אות המיקרוגל.

Alù ועמיתיו הצליחו להכפיל (או להפחית בחצי) את מקדם השבירה בהרבה פחות זמן ממה שלקח לגל להשלים תנודה בודדת, הודות למעגלי המיתוג שלהם שעשו דרך קצרה על פני מוליך הגל המתפתל. הזרקת אות המורכב משתי פסגות חזקות לא שווה ולאחר מכן חיברו את המעגלים הקיבוליים, הם גילו שחלק מהאות הגיע חזרה ליציאת הקלט עם הפסגות בסדר הפוך ונמתח בזמן - בדיוק כפי שניתן היה לצפות לזמן מה. גל מוחזר. שאר האות במקום זאת חזר לנמל עם שתי הפסגות בסדר המקורי שלהן, לאחר שהשתקפו מרחבית מהקצה הרחוק של המטא-חומר.

לדברי Alù, האופי האנלוגי של מנגנון היפוך זמן זה יכול להוביל למספר יישומים. לדוגמה, הוא אומר, זה עשוי לשמש כדי להילחם בעיוותים בערוץ נתונים אלחוטי. עיוות כזה מוערך לרוב על ידי תחנת מקלט השולחת בחזרה אותות ידועים למשדר כשהפרופילים הזמניים שלהם הפוכים. אבל זה בדרך כלל כולל דיגיטציה של האותות. עם השתקפויות הזמן במקום זאת אנלוגיות לחלוטין, הוא אומר שהשימוש בהן יכול לחסוך זמן, אנרגיה וזיכרון.

מהנדסי רדיו עשויים לומר שיש להם מכשיר חדש בארגז הכלים שלהם

סימון זאנטו

בטווח הארוך יותר, הוא אומר, התוכנית עשויה למצוא שימוש בדור חדש של מחשבים אופטיים אנלוגיים. כפי שהוא מציין, זמן ואנרגיה מוקרבים במחשבים הנוכחיים כתוצאה מהצורך להמיר אותות חשמליים אנלוגיים אל התחום הדיגיטלי וממנו. אבל מסתבר שסוג אחד של פעולה אנלוגית שימושית במיוחד עבור עיבוד אותות ומחשוב הוא צימוד פאזה - הטרנספורמציה המתרחשת כאשר גלים עוברים השתקפות זמן.

לפני שזה יכול לקרות, Alù ועמיתיו ינסו לכווץ את המטא-חומר שלהם ככל האפשר. לדבריו, הם עובדים כעת על גרסה בקנה מידה של שבבים שתפעל בתדרים גבוהים בהרבה - בטווח של עשרות גיגה-הרץ, ולא במאות מגה-הרץ של המכשיר הנוכחי שלהם. ייתכן שהם יגיעו לטרה-הרץ ומעבר לכך, הוא אומר, אם כי בשלב זה יצטרכו להשתמש בפולסי לייזר ולא במתגים חשמליים.

גבישי זמן: החיפוש אחר שלב חדש של החומר

חן שן מאוניברסיטת רואן בארה"ב, שלא היה מעורב בעבודה, מעריך שהיכולת לשלוט בספקטרום של גלי הרדיו יכולה לאפשר יישומים כגון הדמיה רפואית היפוך זמן, הסוואה זמנית (מקביל להסוואה מרחבית) ואומדן טוב יותר של ערוץ. מספרים בתקשורת אלחוטית. "ההדגמות הללו מראות שניתן להוסיף אפנון זמן כמרכיב חדש למניפולציה של גלים", הוא אומר.

סימון זאנטו מה-Scuola Normale Superiore בפיזה, איטליה, מסכים. "מהנדסי רדיו עשויים לומר שיש להם מכשיר חדש בארגז הכלים שלהם", הוא אומר. "מכשיר שעיקרון הפעולה שלו מובן היטב וכנראה ניתן לכיוון נוסף בהתאם לצרכיו."

המחקר פורסם ב פיזיקת טבע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/physicists-perform-first-ever-measurement-of-time-reflection-in-microwaves/