La Cámara Ultrarrápida Captura 'Sonic Booms' Of Light Por Primera Vez

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Así como los aviones que vuelan a velocidades supersónicas crean explosiones sónicas en forma de cono, los pulsos de luz pueden dejar tras de sí estelas de luz en forma de cono. Ahora, una cámara súper rápida ha capturado el primer video de estos eventos.

Así como los aviones que vuelan a velocidades supersónicas crean explosiones sónicas en forma de cono, los pulsos de luz pueden dejar tras de sí estelas de luz en forma de cono. Ahora, una cámara súper rápida ha capturado el primer video de estos eventos.

Según los investigadores, la nueva tecnología utilizada para hacer este descubrimiento podría permitir a los científicos ayudar a observar cómo las neuronas disparan e imaginan la actividad en vivo en el cerebro. [¡Escalofriante! Top 10 fenómenos inexplicables]

Ciencia detras de la tecnologia

Cuando un objeto se mueve a través del aire, expulsa el aire que está frente a él, creando ondas de presión que se mueven a la velocidad del sonido en todas las direcciones. Si el objeto se mueve a velocidades iguales o mayores que el sonido, supera esas ondas de presión. Como resultado, las ondas de presión de estos objetos acelerados se acumulan una encima de la otra para crear ondas de choque conocidas como explosiones sónicas, que son similares a los truenos.

Las barreras sónicas se limitan a regiones cónicas conocidas como "conos de Mach" que se extienden principalmente a la parte trasera de los objetos supersónicos. Los eventos similares incluyen las ondas de proa en forma de V que un barco puede generar cuando se viaja más rápido que las ondas que empuja fuera de su camino a través del agua.

Investigaciones anteriores sugirieron que la luz puede generar despertares cónicos similares a las explosiones sónicas. Ahora, por primera vez, los científicos han fotografiado estos esquivos "conos de Mach fotónicos".

La luz viaja a una velocidad de aproximadamente 186,000 millas por segundo (300,000 kilómetros por segundo) cuando se mueve a través del vacío. De acuerdo con la teoría de la relatividad de Einstein, nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el vacío. Sin embargo, la luz puede viajar más lentamente que su velocidad máxima; por ejemplo, la luz se mueve a través del vidrio a velocidades de aproximadamente el 60 por ciento de su máximo. De hecho, los experimentos anteriores han ralentizado la luz más de un millón de veces.

El hecho de que la luz pueda viajar más rápido en un material que en otro ayudó a los científicos a generar conos de Mach fotónicos. Primero, el autor principal del estudio Jinyang Liang, un ingeniero óptico de la Universidad de Washington en St. Louis, y sus colegas diseñaron un túnel estrecho lleno de niebla de hielo seco. Este túnel se emparedó entre placas hechas de una mezcla de caucho de silicona y polvo de óxido de aluminio.

Luego, los investigadores dispararon pulsos de luz láser verde, cada uno de los cuales duró solo 7 picosegundos (trillionths de un segundo), por el túnel. Estos pulsos podrían dispersar las manchas de hielo seco dentro del túnel, generando ondas de luz que podrían entrar en las placas circundantes.

La luz verde que usaron los científicos viajó más rápido dentro del túnel que en las placas. Como tal, cuando un pulso láser se movió por el túnel, dejó un cono de ondas de luz superpuestas de movimiento más lento detrás de él dentro de las placas.

Usando un

Usando una "cámara de racha", los científicos han fotografiado una estela de luz en forma de cono llamada un cono de Mach fotónico por primera vez.

Crédito: Liang et al. Sci. Adv.2017; 3: e1601814

Cámara de rayas

Para capturar el video de estos elusivos eventos de dispersión de la luz, los investigadores desarrollaron una "cámara racha" que podía capturar imágenes a una velocidad de 100 mil millones de cuadros por segundo en una sola exposición. Esta nueva cámara capturó tres vistas diferentes del fenómeno: una que adquirió una imagen directa de la escena y dos que registraron información temporal de los eventos para que los científicos pudieran reconstruir lo que sucedió cuadro por cuadro. Esencialmente, "ponen códigos de barras diferentes en cada imagen individual, de modo que incluso si durante la adquisición de datos se mezclan todos, podemos clasificarlos", dijo Liang en una entrevista.

Hay otros sistemas de imágenes que pueden capturar eventos ultrarrápidos, pero estos sistemas generalmente necesitan registrar cientos o miles de exposiciones de tales fenómenos antes de que puedan verlos. En contraste, el nuevo sistema puede grabar eventos ultrarrápidos con una sola exposición. Esto se presta para registrar eventos complejos e impredecibles que pueden no repetirse exactamente de la misma manera cada vez que ocurren, como fue el caso con los conos de Mach fotónicos que Liang y sus colegas registraron. En ese caso, las pequeñas motas que dispersaban la luz se movían al azar.

Los investigadores dijeron que su nueva técnica podría resultar útil para registrar eventos ultrarrápidos en contextos biomédicos complejos, como tejidos vivos o flujo de sangre. "Nuestra cámara es lo suficientemente rápida para ver cómo las neuronas disparan y trazan imágenes del tráfico en el cerebro", dijo Liang a WordsSideKick.com. "Esperamos poder usar nuestro sistema para estudiar redes neuronales para entender cómo funciona el cerebro".

Los científicos detallaron sus hallazgos en línea el 20 de enero en la revista Science Advances.

Artículo original en WordsSideKick.com.


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