Naukowcy odkryli, że laser może rzucać cień. Jak to możliwe?
Światło rzucające cień brzmi raczej jak paradoks lub metafora. Badacze zdołali jednak udowodnić, że w pewnych warunkach wiązka laserowa może zachowywać się jak nieprzezroczysty obiekt, tworząc widoczny cień. Jak tego dokonali? Okazuje się, że pomysł ten był w dużej mierze dziełem przypadku.
Zespół badawczy z amerykańskiego Brookhaven National Laboratory, na czele z Raphaelem A. Abrahao, wykazał, że laser może blokować światło i tworzyć cień widoczny gołym okiem. "Rzucanie cienia przez światło lasera było wcześniej uznawane za niemożliwe, ponieważ światło zazwyczaj przenika przez inne światło bez wzajemnego oddziaływania" - powiedział Abrahao. Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Optica, gdzie opisano, jak uzyskać ten efekt.
Jak powstaje cień wiązki lasera?
Badanie wykazało, że w pewnych warunkach laser jest w stanie działać jak obiekt, który blokuje światło. Naukowcy użyli silnego zielonego lasera, którego wiązkę skierowano na sześcian wykonany z rubinu. Jednocześnie kryształ oświetlano z boku niebieskim laserem. Zielony laser powodował lokalną zmianę reakcji materiału na światło o długości fali odpowiadającej niebieskiej barwie, przez co działał jak ciało stałe, a niebieski laser pełnił funkcję oświetlenia.
W wyniku tej interakcji pojawił się widoczny gołym okiem cień, który zachowywał kontury powierzchni, na którą padał, i odwzorowywał kształt wiązki laserowej. Efekt ten był możliwy dzięki nieliniowej absorpcji optycznej w rubinie. Zielony laser zwiększał absorpcję światła niebieskiego, co stworzyło ciemniejszy obszar - cień.
Nowe możliwości technologiczne
Odkrycie może wbrew pozorom mieć istotne znaczenie dla technologii. "Nasza demonstracja tego nietypowego efektu optycznego zmusza nas do ponownego przemyślenia pojęcia cienia" - zauważył Abrahao. Potencjalne zastosowania tego zjawiska obejmują m.in. przełączniki optyczne czy precyzyjne urządzenia regulujące transmisję światła, zwłaszcza w kontekście silnych wiązek laserowych.
Eksperyment rozpoczął się od luźnej rozmowy naukowców podczas lunchu, kiedy ktoś zauważył, że modele eksperymentów w 3D pokazują cień wiązki lasera jako długi walec, ignorując fizykę światła. Doprowadziło to do pytania, czy taki cień można stworzyć w laboratorium. Jak się okazało, odpowiedź brzmiała - tak.
Planowane są dalsze badania nad zjawiskiem
Naukowcy zmierzyli kontrast cienia, który osiągnął maksymalnie 22 proc. - podobnie jak cień drzewa w słoneczny dzień. Opracowali również model teoretyczny, który dokładnie przewidywał wartość kontrastu. Następnym krokiem badaczy jest testowanie innych materiałów i długości fal laserowych w poszukiwaniu podobnych efektów.
