Wenn Sie jemals einen rasenden Jet gesehen haben, der über Ihnen fliegt, sind Sie wahrscheinlich mit dem großen Geräusch vertraut, das nach dem Vorbeiflug des Jets folgte. Dieses Geräusch, das als Schallknall bezeichnet wird, resultiert aus Objekten, die sich schneller als mit der Geschwindigkeit von bewegenSchall selbst. Die vom Wanderobjekt erzeugten Druckwellen häufen sich aneinander und erzeugen den Donnerschlag, den Sie hören. Zum ersten Mal gelang es einer Gruppe von Wissenschaftlern, diesen Effekt vor der Kamera festzuhalten.
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Die konisch geformten Ausleger sind jedoch nicht auf Schall beschränkt. Lichtimpulse können auch diese Kegelformen verlassen. Ein internationales Forscherteam hat beschlossen, mithilfe der Entwicklungstechnologie einen dieser Mach-Kegel vor der Kamera zu erfassen.
Die größte Herausforderung könnte leicht das Licht selbst verlangsamen, um sogar einen 'photonischen Boom' zu erzeugen. Licht bewegt sich im Vakuum mit 300.000 km / s 186.000 Meilen pro Sekunde. Einsteins Relativitätstheorie nichts bewegt sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Licht kann jedoch verlangsamt werden. Es wird durch Glas und Wasser verlangsamt. Das Forscherteam verwendete verschiedene Substanzen, um die Lichtgeschwindigkeit zu steuern.
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Der Hauptautor Jinyan Liang ist Optiker an der Washington University in St. Louis, Missouri. Sein Team fertigte einen einzigartigen Kanal zwischen zwei Platten aus Silikonkautschuk und Aluminiumoxid. Das Team feuerte dann grüne Laserpulse mit einer Geschwindigkeit von 7 Pikosekunden abTunnel gefüllt mit Trockeneis. Dieser Nebel verlangsamte das Licht und zerstreute sie, wodurch Wellen erzeugt wurden, die in die Platten eindrangen.
Die Erfassung des Ereignisses führte zu einer weiteren Herausforderung, und das Team verwendete eine spezielle ultraschnelle Kamera, um den Mach-Kegel aufzuzeichnen. Das "Streifenkamera" -System sammelt Bilder in räumlichen Informationen. Forscher, die diesen Prozess verwenden, sammeln Hunderte von Bildern, die nacheinander aufgenommen wurdenBillionstelsekunden auseinander und bauen die Daten auf. Sie tun dies mehrmals, um jede Aufnahme zu überprüfen. Der Prozess funktioniert nicht immer zum Erfassen von Ereignissen, die sich nicht immer wiederholen.
Liang und sein Team entschieden sich, die Streifenkamera zu verwenden, um drei Ansichten desselben Ereignisses zu erhalten. Eine Kamera beschrieb die Sequenz, während die anderen beiden das Timing der Ereignisse aufzeichneten. Mit diesen sekundären Kameras konnten die Forscher alles Stück für Stück zusammenfügen. Liang erklärt der Vorgang als "[Setzen] verschiedener Barcodes auf jedes einzelne Bild, so dass wir sie auch dann sortieren können, wenn sie während der Datenerfassung alle miteinander vermischt werden."
Diese Art von Kameras gibt es schon seit einigen Jahren. Eine Gruppe aus MIT 2011 wurde eine Kamera mit Billionen Bildern pro Sekunde erstellt. Sie haben einen Lichtstrom aufgenommen, der in spektakulären Details durch eine Plastikflasche wandert. Sie können zuschauen das Video hier . Liangs neues Format könnte jedoch zu etwas Größerem führen als nur zu einer Erforschung der Physik.
Der Erfolg der Kamera selbst könnte zu spektakulären Innovationen in den Bereichen Bioingenieurwesen und Medizin führen. In einem Interview mit Live Science, Liang sagte :
"Unsere Kamera ist schnell genug, um Neuronen beim Feuern zu beobachten und Live-Verkehr im Gehirn abzubilden. Wir hoffen, dass wir mit unserem System neuronale Netze untersuchen können, um zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert."
Sie können das gesamte Forschungspapier online durchlesen Fortschritte in der Wissenschaft .