Bécsi és holland kutatók felfedezték a tárgyakat „láthatatlanná tevő” fénysugarakat

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

A dolgokat „láthatatlanná” tevő fényt fedeztek fel az Utrechti Egyetem és a Bécsi Műszaki Egyetem kutatói. A sajátos hullámhosszú fény hullámai törés nélkül hatolnak át az átlátszatlan tárgyakon, ezáltal úgy tűnik, mintha azok ott sem lennének. A kutatás a Nature Photonics folyóiratban jelent meg április 8-án.

A dolgok azáltal válnak az emberi szemnek láthatóvá, hogy visszaverik a fényt. Ha ez nem történik meg, akkor az emberi szemek fotoceptorai nem érzékelik a tárgyat. Hogy ez a csoda megessen, kutatóknak meg kellett találniuk azt a speciális hullámhosszt, amelyen a fény képes áthatolni a tárgyakon.

„Személyre szabott” fény

Mint a bécsi műegyetem elméleti fizikusa, Stefan Rotter professzor az Elpusztíthatatlan fénysugár című egyetemi közleményben elmondta, a különböző fényhullám-mintázatok mindegyike speciális módon változik meg és hajlik el, amikor rendezetlen közegen küldik keresztül. Vannak azonban olyan speciális hullámhosszú fények, amelyekre ez nem vonatkozik, ezek a „szóródás-invariáns fénymódok”. A kiszámolható hullámhossz alapján „személyre szabott” fény hozható létre, amely úgy hatol át az útjába rakott tárgyon, mintha az ott sem lett volna, legfeljebb egy kicsit csökken az erőssége.

Ennek kimérése és végrehajtása azonban igen bonyolult, és nagy precizitást igényel. Rotter és Allars Mosk professzor az Utrechti Egyetemről kutatócsoportjaikkal a kísérletben átlátszatlan fehér cink-oxid port használtak véletlenszerűen elrendezett nanorészecskék formájában. A kutatók pontosan kiszámolták, hogyan szórja szét a különböző hullámtulajdonságú fényeket a por, azok milyen formában érkeznek meg a cink-oxid-réteg túloldalán elhelyezett detektorra. Ebből már kiszámolhatták, hogyan változtat meg ez a közeg bármely másik hullámot, és azt is, hogy melyik hullámmintázat változik meg úgy a cink-oxidon keresztül haladva, mint hogyha nem is lett volna ott a réteg.

Ezzel a módszerrel a tudósok megtalálták azt a hullámhosszú fényt, amit az átlátszatlan anyag túloldalán elhelyezett detektor pontosan ugyanabban a mintázatban rögzített, mint ahogy a cink-oxid-réteghez ért – bár kicsit gyengült, mire átjutott a túloldalra.

A fénysugár a rendezetlen közegen áthatolva pontosan olyan képet hagy a detektoron, mintha az akadály ott sem lett volna.Forrás: TU Wien/Allard Mosk/Matthias Kühmayer
Ha nincs ott az útban a rendezetlen közeg, a különbség csak annyi, hogy a detektoron kapott kép erősebb.Forrás: TU Wien/Allard Mosk/Matthias Kühmayer

A kutatásból az is kiderült, hogy elméletileg korlátlan számú fényhullám létezik, így tehát akármilyen ritkák is a szóródás-invariáns fények, bőven lehet belőlük találni. Ha pedig ezekből többet összekombinálnak, akkor újra megkapják a szóródás-invariáns hullámalakot. „Ezzel a módszerrel, legalábbis bizonyos határokon belül, már majdnem szabadon választhatjuk meg, milyen képet szeretnénk átküldeni a tárgyon interferencia nélkül” – mondta Jeroen Bosch, a kutatásban részt vevő doktorandusz. A kísérletben a kutatók a Nagy Göncölt választották 

Alkalmazás

A tárgyakba nagyrészt zavartalanul behatoló fénymintázatok felkutatása használható például orvosbiológiai képalkotó eljárásokban. A röntgensugarak például rövidebb hullámhosszuk miatt képesek a bőrön áthatolni, de ez nemcsak a hullám hosszától, hanem az alakjától is függ. A mostani kísérletből az is kiderült, hogy a fény cink-oxid-rétegen belüli eloszlása is kontrollálható.

Mint Rotter az Independentnek elmondta, az általuk felfedezett fény egyik legizgalmasabb aspektusa a tárgy mögött látható változatlan mintázat mellett az is, ahogy a fény a tárgyon belül viselkedik. A felfedezés jól jöhet például, ha olyan, a fényt jelentősen szétszóró anyagok belsejében akarnak szétnézni, amelyekkel általában igen nehéz dolgozni.

Rotter szerint azért bőven maradt még kutatni való: mivel az élettani rendszerek lényege a mozgás – például a vér kering a testben – nehéz kiszámolni azokat a mintázatokat, amikre szükség van ahhoz, hogy a fény áthatoljon a tárgyon, mivel a méréseket gyorsabban kell elvégezni, mint ahogy a fénnyel átvilágítandó tárgy mozog.

De az áttörés, amit a pontosan célba juttatott fény jelent, már most is segítheti azokat a kutatókat, akik kisebb struktúrákat, például sejteket vizsgálnának. Rotter szerint csak idő kérdése, hogy a mérőeszközök olyan gyorssá és olcsóvá váljanak, hogy ennél is szofisztikáltabb gyakorlati alkalmazások előtt nyíljon meg az út.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: