Une Caméra Ultrarapide Capture Pour La Première Fois Les "Flèches Soniques" De Lumière

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Tout comme les aéronefs qui volent à des vitesses supersoniques créent des bangs soniques en forme de cône, des impulsions de lumière peuvent laisser derrière elles des éclairs de lumière en forme de cône. Maintenant, une caméra ultra-rapide a capturé la toute première vidéo de ces événements.

Tout comme les aéronefs qui volent à des vitesses supersoniques créent des bangs soniques en forme de cône, des impulsions de lumière peuvent laisser derrière elles des éclairs de lumière en forme de cône. Maintenant, une caméra ultra-rapide a capturé la toute première vidéo de ces événements.

La nouvelle technologie utilisée pour faire cette découverte pourrait un jour permettre aux scientifiques de surveiller les neurones en feu et d'imaginer l'activité en direct dans le cerveau, affirment les chercheurs. [Effrayant! Top 10 des Phénomènes Inexpliqués]

La science derrière la technologie

Lorsqu'un objet se déplace dans l'air, il éloigne l'air situé devant lui, créant des ondes de pression qui se déplacent à la vitesse du son dans toutes les directions. Si l'objet se déplace à une vitesse égale ou supérieure au son, il dépasse les ondes de pression. En conséquence, les ondes de pression de ces objets rapides s’empilent les unes sur les autres pour créer des ondes de choc, appelées bangs soniques, qui s'apparentent à des éclats de tonnerre.

Les booms soniques sont confinés aux régions coniques appelées "cônes de Mach" qui s'étendent principalement à l'arrière des objets supersoniques. Des événements similaires incluent les vagues d'étrave en forme de V qu'un bateau peut générer lorsqu'il se déplace plus rapidement que les vagues qu'il écarte pour se déplacer sur l'eau.

Des recherches antérieures avaient suggéré que la lumière pouvait générer des sillons coniques similaires aux bangs soniques. Pour la première fois, des scientifiques ont imaginé ces "cônes de Mach photoniques" insaisissables.

La lumière voyage à une vitesse d'environ 186 000 km / s (300 000 km / s) lorsqu'elle se déplace dans le vide. Selon la théorie de la relativité d'Einstein, rien ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide. Cependant, la lumière peut se déplacer plus lentement que sa vitesse maximale - par exemple, elle traverse le verre à une vitesse d'environ 60% de sa vitesse maximale. En effet, les expériences antérieures ont ralenti la lumière plus d'un million de fois.

Le fait que la lumière puisse voyager plus rapidement dans un matériau que dans un autre a aidé les scientifiques à générer des cônes de Mach photoniques. Tout d'abord, l'auteur principal de l'étude, Jinyang Liang, ingénieur en optique à l'Université Washington de Saint-Louis, et ses collègues ont conçu un tunnel étroit rempli de brouillard de glace carbonique. Ce tunnel était pris en sandwich entre des plaques constituées d’un mélange de caoutchouc de silicone et de poudre d’oxyde d’aluminium.

Ensuite, les chercheurs ont émis des impulsions de lumière laser verte (chacune ne pesant que 7 picosecondes (un milliardième de seconde)) dans le tunnel. Ces impulsions pourraient se disperser sur les grains de glace carbonique dans le tunnel, générant des ondes lumineuses pouvant pénétrer dans les plaques environnantes.

Le feu vert utilisé par les scientifiques se déplaçait plus rapidement dans le tunnel que dans les plaques. En tant que tel, alors qu’une impulsion laser descendait dans le tunnel, elle laissait derrière elle un cône d’ondes lumineuses se chevauchant plus lentement dans les plaques.

Utilisant un

En utilisant une "caméra à balayage", les scientifiques ont photographié pour la première fois un sillage lumineux en forme de cône appelé cône photonique de Mach.

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

Caméra à balayage

Pour capturer une vidéo de ces événements de diffusion de la lumière insaisissables, les chercheurs ont développé une "caméra à balayage" capable de capturer des images à une vitesse de 100 milliards d'images par seconde en une seule exposition. Cette nouvelle caméra a capturé trois vues différentes du phénomène: une qui a acquis une image directe de la scène et deux qui ont enregistré des informations temporelles sur les événements afin que les scientifiques puissent reconstruire ce qui s'est passé image par image. Essentiellement, ils "mettent des codes à barres différents sur chaque image, de sorte que même si, lors de l'acquisition des données, ils soient tous mélangés, nous pouvons les résoudre", a déclaré Liang dans une interview.

Il existe d'autres systèmes d'imagerie capables de capturer des événements ultra-rapides, mais ces systèmes doivent généralement enregistrer des centaines, voire des milliers, d'exposition à de tels phénomènes avant de pouvoir les voir. En revanche, le nouveau système peut enregistrer des événements ultra-rapides avec une seule exposition. Cela se prête à l'enregistrement d'événements complexes et imprévisibles qui peuvent ne pas se répéter exactement de la même manière chaque fois qu'ils se produisent, comme ce fut le cas avec les cônes photoniques Mach enregistrés par Liang et ses collègues. Dans ce cas, les minuscules points qui dispersaient la lumière se déplaçaient au hasard.

Les chercheurs ont déclaré que leur nouvelle technique pourrait s'avérer utile pour l'enregistrement d'événements ultrarapides dans des contextes biomédicaux complexes tels que des tissus vivants ou des écoulements de sang. "Notre caméra est suffisamment rapide pour regarder les neurones en feu et visualiser le trafic en direct dans le cerveau", a déclaré Liang à WordsSideKick.com. "Nous espérons pouvoir utiliser notre système pour étudier les réseaux de neurones afin de comprendre le fonctionnement du cerveau."

Les scientifiques ont détaillé leurs résultats en ligne le 20 janvier dans la revue Science Advances.

Article original sur WordsSideKick.com.


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