Datum objave: 27.08.2018

Kategorija: Aktualno na Univerzi

Raziskovalci s Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani so v sodelovanju s še tremi znanstvenimi institucijami iz Kanade in Brazilije uspeli prisluškovati svetlobnim odbojem. Znanstveni članek o odkritju je bil objavljen v ugledni znanstveni reviji Nature Communications. Za pojasnitev meritev so razvili še nov raziskovalni pristop, ki se lahko v celoti modelira v računalniškem okolju.

Kljub temu, da ideja o tem, da svetloba prenaša gibalno količino, ni nova, pa natančna narava interakcije med svetlobo in snovjo ostaja skrivnost že skoraj 150 let, odkar je bil obstoj gibalne količine svetlobe teoretično napovedan. Nove raziskave na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani (UL FS), nedavno objavljene v ugledni reviji Nature Communications, predstavljajo pomemben korak h končni razjasnitvi te skrivnosti svetlobe.

Avtorji znanstvenega članka Izolirano zaznavanje elastičnih valov, ki jih poganja gibalna količina svetlobe so natančno analizirali premikanje vzorčnega zrcala, s čimer so pridobili podatke o osnovni interakciji med svetlobo in snovjo. Poslušali in analizirali so zelo šibek ultrazvok, ki nastane kot posledica svetlobnega tlaka oziroma »udarca« laserskega bliska s trajanjem nekaj milijardink sekunde ob visokoodbojno zrcalo. Ta zvok je tako tih, da se atomi, ki jih zvok požene v gibanje, premaknejo za manj kot stotinko svojega premera, pa vendar dovolj glasen, da znanstvenikom omogoča eksperimentalen dostop do značilnega prstnega odtisa, ki ga odboj svetlobe pusti za seboj.

S tem želijo ugotoviti, kako se gibalna količina, ki jo nosi svetloba, med procesom odboja prenaša na zrcalo. To vprašanje je pomembno, saj lahko odgovor nanj odloči o tem, kateri od konkurenčnih formalizmov klasične teorije elektromagnetizma je pravilen. Različni formalizmi namreč predvidevajo različne razporeditve optičnih sil. Te razporeditve sil sprožajo različne zvočne valove, ki se razširjajo po zrcalu. Z zaznavanjem pomikov, ki jih ultrazvočni valovi inducirajo med odbojem od površin zrcala, lahko dešifrirajo informacije, ki jih ti elastičnih valovi nosijo s seboj. Vsebujejo namreč prstni odtis, ki je za vsak formalizem edinstven. To je bil tudi motiv za raziskavo, ki so jo izvedli avtorji, raziskovalci UL FS: doc. dr. Tomaž Požar, asist. dr. Jernej Laloš, asist. dr. Aleš Babnik in izr. prof. dr. Rok Petkovšek. Poleg njih so pri raziskavi sodelovali še tuji sodelavci: Max Bethune-Waddell, Kenneth J. Chau, Gustavo V. B. Lukasievicz in Nelson G. C. Astrath.

S tem odkritjem so postavili nov eksperimentalni pristop, ki se ga lahko v celoti modelira v računalniškem okolju. Primerjave med začetnimi eksperimenti in rezultati simulacij pa dajejo velike obete za dokončno eksperimentalno določitev tistega dela teorije elektromagnetizma, ki opisuje, kako svetloba s snovjo izmenjuje gibalno količino in energijo.

Doc. dr. Tomaž Požar pojasnjuje: “Osnovni motiv za naše mednarodno sodelovanje je bil eksperimentalna razrešitev okrog 150 let starega fizikalnega problema o tem, kako svetloba interagira s snovjo izključno zaradi svetlobnega tlaka. Naša raziskovalna prizadevanja na tem področju budno spremljajo razvojniki in uporabniki optičnih pincet, saj za teoretični opis manipulacije deformabilnih snovi še nimajo na voljo ustreznega teoretičnega opisa.”

Raziskave so finančno podprle: Javna agencija za raziskovalno dejavnost RS (ARRS), brazilske agencije CAPES, CNPq in Fundaçao Araucária ter kanadski NSERC. 

Video predstavitev dosežka