Ajan suhteen heijastuvia aaltoja

Tiedemiehet ovat olettaneet yli kuuden vuosikymmenen ajan mahdollisuudesta havaita erilaisia aaltoheijastuksia, jotka tunnetaan nimellä ajalliset tai aikaheijastukset. Toisin kuin tilalliset heijastukset, aikaheijastuksia syntyy, kun koko väliaine, jossa aalto kulkee, muuttaa äkillisesti ominaisuuksiaan koko tilassaan.

Tällaisessa tapahtumassa osa aallosta käännetään ajaltaan päinvastaiseksi ja sen taajuus muunnetaan uudelle taajuudelle.

Tähän mennessä tätä ilmiötä ei ole koskaan havaittu sähkömagneettisilla aalloilla. Nyt kuitenkin City University of New Yorkin tutkijat kertovat läpimurtokokeesta, jossa he pystyivät tarkkailemaan sähkömagneettisten signaalien aikaheijastuksia erityisesti räätälöidyssä metamateriaalissa.

Kohteesta ponnahtava aalto siirtää momenttia kyseiseen objektiin, ja sen taajuus säilyy. Sitä vastoin ajassa heijastuneen aallon on säilytettävä liikemäärä, mikä aiheuttaa muutosta sen taajuudessa. Toisin sanoen heijastuva aalto säilyttää muotonsa, mutta venyy ajallaan.

"Tämä on ollut todella jännittävää nähdä, koska tämä vasta-intuitiivinen ilmiö ennustettiin kauan sitten ja kuinka erilaiset ajassa heijastuvat aallot käyttäytyvät verrattuna avaruuteen heijastuviin", toteaa artikkelin vastaava kirjoittaja Andrea Alù.

Imperial College Londonin fyysikot ovat puolestaan luoneet uudelleen kuuluisan kaksoisraon kokeen, joka osoitti tällä kertaa valon käyttäytyvän hiukkasina ja aaltoina ajassa eikä tilassa.

Kokeilu perustuu metamateriaaleihin, jotka voivat muuttaa optisia ominaisuuksiaan sekunnin murto-osissa ja joita voitaisiin käyttää uusissa teknologioissa tai fysiikan peruskysymysten tutkimiseen.

Professori Riccardo Sapienza sanoo: "Kokeemme paljastaa enemmän valon perustavanlaatuisesta luonteesta samalla kun se toimii ponnahduslautana luotaessa äärimmäisiä materiaaleja, jotka voivat ohjata valoa hetkellisesti sekä tilassa että ajassa."

Kokeen klassisessa versiossa fyysisistä raoista tuleva valo muuttaa suuntaa, joten interferenssikuvio kirjoitetaan valon kulmaprofiiliin. Sen sijaan uuden kokeen aikaraot muuttavat valon taajuutta, mikä muuttaa sen väriä. Tämä loi valon värejä, jotka interferoivat toisiaan, tehostaen ja kumoten tiettyjä värejä muodostaen interferenssityyppisen kuvion.

Toinen kirjoittaja, professori Sir John Pendry sanoi: "Kaksinkertainen aikarakojen koe avaa oven kokonaan uudelle spektroskopialle, joka pystyy ratkaisemaan valopulssin ajallisen rakenteen yhden säteilyjakson mittakaavassa."

Tämä tulos mahdollistaa ajassa muuttuvan fysiikan tutkimisen edelleen kohti aaltojen spektrisynteesiä ja sovelluksia, kuten signaalinkäsittelyä ja neuromorfista laskentaa.

Aiheesta aiemmin: