کشف شگفتانگیز در فیزیک: لیزرها میتوانند نور را مسدود کنند و سایه بیندازند

سایهها در دنیای ما، حاصل برخورد نور با اجسام غیرشفاف هستند. نور از منبع خود پخش میشود و تا زمانی که به شیء کدری برخورد نکند، به مسیر خود ادامه میدهد. این برخورد مانعی ایجاد میکند و در نتیجه، ناحیهای تاریک یا همان سایه در پشت آن جسم شکل میگیرد. این فرایند در عین سادگی، پایهایترین اصول نور و سایه در طبیعت است. با این حال، دانشمندان به تازگی به کشفی رسیدهاند که این تصور را به چالش میکشد. در این تحقیق مشخص شده که پرتو لیزر، در صورت عبور از یک ماده خاص و شفاف، میتواند همچون جسمی غیرشفاف عمل کند و سایهای ایجاد کند.
این آزمایش با نتیجه دور از انتظارش، نشان داد که اگر دو پرتو لیزر با زاویه و شرایط مشخصی از هم عبور کنند، پرتو اول نمیتواند از پرتو دوم عبور کند و به جای آن، سایهای ایجاد میشود. به گفته رافائل آبراهائو (Raphael Abrahão) از آزمایشگاه ملی بروکهِون (Brookhaven National Laboratory)، این اثر غیرمنتظره و شگفتانگیز، مفهوم سایه و ویژگیهای نور را بهطور اساسی تغییر میدهد و پرسشهای جدیدی در مورد تعامل نور و ماده مطرح میکند.
بررسی رفتار نور در مواد غیرخطی: پایهای برای کشف سایه لیزری
آبراهائو و تیمش از ابتدا قصد داشتند روی نحوه تعامل پرتوهای نور با مواد غیرخطی تحقیق کنند؛ موادی که رفتارشان نسبت به نور به شکل خطی تغییر نمیکند و میتوانند اثراتی مانند تقویت، جذب و همگامسازی فرکانسها را ایجاد کنند. این گروه در حال طراحی و شبیهسازی سهبعدی آزمایشهای خود با نرمافزارهای پیشرفته بودند و مشاهده کردند که در این نرمافزار، پرتو نور بهصورت استوانهای جامد نمایش داده شده و سایهای ایجاد میکند. این موضوع ابتدا بهعنوان یک شوخی مطرح شد اما بهسرعت به یک سوال علمی جذاب تبدیل شد و تیم تصمیم گرفت این ایده را در قالب یک آزمایش فیزیکی واقعی پیادهسازی کند.
اجرای آزمایش سایه لیزری با استفاده از کریستال روبی
در این آزمایش، دانشمندان از کریستال روبی (Ruby) بهعنوان نقطه برخورد دو پرتو لیزر استفاده کردند. پرتو آبی لیزر به یک طرف کریستال هدایت شد و در نهایت به صفحهای رسید که نور آبی درخشانی روی آن پخش میشد. سپس پرتو دوم، یعنی لیزر سبز، بهصورت عمود از طرف دیگر کریستال عبور داده شد.
در نقطهای که نور سبز با مولکولهای کریستال روبی برخورد داشت، الکترونها به سرعت به حالتهای انرژی بالاتر منتقل و سپس مجدداً به حالت پایینتر بازمیگشتند. این رفتار الکترونها باعث شد که پرتو آبی، که طول موج کمی کوتاهتر از نور سبز دارد، در ناحیهای که لیزر سبز قرار داشت، مسدود شود. بهعبارتی، لیزر سبز با ایجاد یک «مانع» در مسیر پرتو آبی عمل کرده و سایهای تاریک و قابل مشاهده در مسیر نور آبی ایجاد کرد. این سایه با حرکت منبع لیزر سبز تغییر مکان میداد و همان ویژگیهای یک سایه واقعی را نشان میداد.
اهمیت این کشف در علم و فناوری نور و اپتیک
به گفته آبراهائو، این کشف نه تنها مفهوم سایه و نور را به چالش میکشد، بلکه درک ما از تعاملات بین نور و ماده را نیز گسترش میدهد و میتواند راههای جدیدی برای استفاده از نور در فناوریهای پیشرفته باز کند. برای مثال، این یافتهها میتوانند در توسعه دستگاههای کنترل نوری که به دقت بالا در انتقال نور نیاز دارند، مفید باشند. این دستگاهها، موسوم به سوییچهای نوری، میتوانند کنترل بیشتری بر انتقال نور داشته باشند و در مواردی که نیاز به تغییر مسیر و کنترل دقیق نور است، بسیار موثر باشند. همچنین، این نوع فناوری میتواند در سیستمهایی که نیاز به مهار یا انتقال قدرت بالا در پرتوهای لیزری دارند، مورد استفاده قرار گیرد.
این نوشتهها را هم بخوانید