초음속으로 비행하는 항공기가 원뿔 모양의 소닉 붐을 생성하는 것처럼 빛의 펄스가 원뿔 모양의 빛의 후류 뒤에 남을 수 있습니다. 이제 초고속 카메라는 이러한 이벤트의 최초 비디오를 캡처했습니다.
이 발견을 위해 사용 된 새로운 기술은 언젠가 과학자들이 뇌에서 뉴런의 화재와 이미지 라이브 활동을 볼 수있게 해줄 수 있다고 연구원들은 말한다.
기술 뒤에 과학
물체가 공기를 통해 이동할 때, 물체가 공기를 앞쪽으로 밀어내어 모든 방향으로 음속으로 이동하는 압력 파를 만듭니다. 물체가 소리 이상의 속도로 움직이면 그 압력 파를 뛰어 넘습니다. 결과적으로 이러한 과속 물체의 압력 파가 서로 쌓여서 천둥의 소리와 유사한 소닉 붐으로 알려진 충격파를 생성합니다.
소닉 붐은 주로 초음속 물체의 후면까지 확장되는 "Mach cones"로 알려진 원뿔형 영역으로 제한됩니다. 비슷한 사건으로는 보트가 물을 가로 질러 움직이는 파도보다 빠르게 이동할 때 보트가 생성 할 수있는 V 자형 보우가 있습니다.
이전의 연구는 빛이 소닉 붐과 유사한 원추형 깨우기를 생성 할 수 있다고 제안했습니다. 이제 과학자들은 처음으로 이처럼 까다로운 "photonic Mach cones"을 촬영했습니다.
진공을 통과 할 때 빛은 초당 약 186,000 마일 (초당 300,000km)의 속도로 이동합니다. 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면, 진공 상태에서 빛의 속도보다 빠르게 이동할 수있는 것은 없습니다. 그러나 빛은 최고 속도보다 느리게 이동할 수 있습니다. 예를 들어 빛은 유리의 최대 속도의 약 60 % 속도로 움직입니다. 실제로, 이전의 실험들은 백만배 이상으로 빛을 느리게했습니다.
빛이 다른 재료보다 한 재료에서 더 빠르게 이동할 수 있다는 사실은 과학자들이 광 마하 콘을 생성하는 데 도움이되었습니다. 먼저, St. Louis의 Washington University 광학 엔지니어 인 연구 책임자 인 Jinyang Liang과 그의 동료들은 드라이 아이스 안개로 채워진 좁은 터널을 설계했습니다. 이 터널은 실리콘 고무와 산화 알루미늄 분말의 혼합물로 만들어진 판 사이에 끼워졌다.
그런 다음 연구원들은 터널에서 녹색 레이저 광 펄스를 발사했습니다. 각 레이저는 7 피코 초 (1 초)에 불과합니다. 이 펄스는 터널 내 드라이 아이스 반점에서 흩어져 주변 플레이트에 들어갈 수있는 광파를 생성 할 수 있습니다.
과학자들이 사용한 초록불은 판에서보다 터널 내부에서 더 빨리 이동했습니다. 따라서, 레이저 펄스가 터널 아래로 이동함에 따라, 판 내에서 느리게 겹치는 중첩 된 광파의 원뿔을 남겼습니다.
연속 카메라
이 어려운 광산란 사건의 비디오를 포착하기 위해 연구원들은 단일 노출에서 초당 1000 억 프레임의 속도로 이미지를 캡처 할 수있는 "줄무늬 카메라"를 개발했습니다. 이 새로운 카메라는 장면의 직접적인 이미지를 획득 한 하나와 사건의 시간적 정보를 기록한 세 가지 다른 현상을 포착하여 과학자들이 프레임 단위로 일어난 일을 재구성 할 수있게했다. Liang은 인터뷰에서 "각각의 이미지에 서로 다른 바코드를 붙여서 데이터를 수집하는 동안 모두 혼합 된 경우에도 분류 할 수있다"고 말했다.
초고속 사건을 포착 할 수있는 다른 이미징 시스템이 있지만, 이러한 시스템은 일반적으로 이러한 현상을 수백 또는 수천 번 노출하여 기록해야합니다. 대조적으로, 새로운 시스템은 단 한번의 노출로 초고속 이벤트를 기록 할 수 있습니다. 이것은 Liang과 그의 동료들이 기록한 광 마하 콘의 경우처럼 매번 똑같은 방식으로 반복되지 않을 수있는 복잡하고 예측할 수없는 사건을 기록하는 데 적합합니다. 이 경우 빛을 산란시킨 작은 얼룩이 무작위로 움직였습니다.
연구원들은 그들의 새로운 기술이 살아있는 조직이나 흐르는 혈액과 같은 복잡한 생 의학적 상황에서 초고속 사건을 기록하는 데 유용하다고 밝혔다. Liang은 "우리의 카메라는 뇌의 뉴런 화재 및 이미지 라이브 트래픽을 볼 수있을 정도로 빠르다"고 말했다. "우리는 뇌가 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 신경망을 연구하기 위해 우리의 시스템을 사용할 수 있기를 희망합니다."
과학자들은 Science Advances 저널에 1 월 20 일 온라인으로 발견 한 내용을 자세히 설명했다.
Live Science에 대한 원본 기사.
