Чтобы исследовать мельчайшие составляющие вещества, физики используют частицы, сталкивающиеся друг с другом на очень высоких скоростях, например, в ускорителе частиц LHC в Церне. Столкновения создают всплески обычных и редких частиц, невидимых для глаза.Чтобы идентифицировать их, исследователям необходимо обнаружить конус света — известный как черенковское излучение — сформированный вокруг частицы, которая движется быстрее света в прозрачном материале.
Это возможно? Да, это так. Ничто не может двигаться быстрее скорости света — в вакууме. Но в материалах свет распространяется медленнее, и, следовательно, частицы могут двигаться быстрее света, не нарушая законов физики.
Черенковское излучение — это оптическое явление, соответствующее звуковой ударной волне, возникающей вокруг объекта, движущегося со скоростью, превышающей скорость звука. Угол черенковского светового конуса, то есть его резкость, дает физикам-частицам измерение скорости частицы, что помогает им идентифицировать частицу.
Проблема в том, что угол светового конуса имеет предел — все частицы с большим импульсом (масса x скорость) генерируют световые конусы с одинаковым углом. Следовательно, эти частицы неразличимы.
Теперь исследователь Чалмерса Филипп Тассен и его коллеги из Свободного университета Брюсселя разработали материал, который управляет конусом Черенкова, так что частицы с большим импульсом также получают отчетливый угол светового конуса. Работа помещена на обложке выпуска журнала Physical Review Letters на этой неделе.«В результате можно эффективно отделить и идентифицировать даже частицы с большим импульсом», — сказал Филипп Тассен.
Метод, который они использовали для создания нового материала, известен как трансформационная оптика. Это довольно новое и очень плодотворное сочетание теории относительности Эйнштейна с ее искривленным пространством-временем и оптики.Тщательно рассчитанные вариации показателя преломления материала заставляют свет воспринимать материал как искривленный и, следовательно, вести себя иначе, чем мы привыкли. Согласно материалам ученых Чалмерса, черенковское излучение воспринимает материал как растянутый в двух разных направлениях, в результате чего возникают световые конусы с разными углами.
Благодаря своей работе Филипп Тассен и его коллеги также продемонстрировали более глубокие возможности трансформирующей оптики.«До сих пор трансформационная оптика в основном касалась изменения пути световых лучей через материал.
Теперь мы показываем, что также можно влиять на генерацию света. В качестве примера мы решили проблему черенковских световых конусов для частиц большой импульс », — объясняет Филипп Тассен.Преобразовательная оптика может, например, также использоваться для создания материалов, которые очень эффективно концентрируют или поглощают свет, что может быть полезно для солнечной энергии.
Другие материалы, разработанные с помощью оптики преобразования, являются многообещающими для моделирования космологических явлений, таких как черные дыры.Результаты получены в результате совместных исследований, проведенных Чалмерсом и Брюссельским университетом Брюсселя, а проект финансировался Областью развития нанонауки и нанотехнологий Технологического университета Чалмерса и Исследовательским фондом Фландрии в Бельгии.