Pirmą kartą mokslo istorijoje kamera užfiksavo šviesos „smūginę bangą“

Šviesos greičiu vykstančių procesų fiksavimui reikia dar spartesnių kamerų. Nauja kamera pirmą kartą nufilmuotas fotoninis Macho kūgis – iš esmės, šviesos „garso smūgis“ – realiu laiku.

„Mūsų kamera skiriasi nuo paprastos kameros, kur fotografuojamas ir užfiksuojamas tik vienas atvaizdas: mūsų kamera viename kadre užfiksuoja visus dinaminio įvykio atvaizdus. O tada mes juos po vieną rekonstruojame“, – sako Jinyang Liang iš Vašingtono universiteto St Louise.

Ši technika (angl. „lossless-encoding compressed ultrafast photography“ – LLE-CUP) per sekundę užfiksuoja 100 milijardų kadrų, iš kurių galima sukurti šviesos sklaidos realaus laiko video.

Einšteino reliatyvumo teorija draudžia bet kokiam objektui judėti didesniu nei šviesos greičiu. Tad Liangas su kolegomis sukūrė triuką, kuriame pati šviesa viršija šviesos greičio ribą.

Jie paleido lazerio spindulį per sauso ledo rūko pripildytą tunelį, uždengtą dviem silikono gumos skydeliais. Kadangi šviesa per silikoną juda lėčiau, nei per rūką, lazerio impulsas už savęs paliko kūgio formos smūginę bangą.

Ultraspartus vaizdų fiksavimas jau dabar naudojamas medicinoje ir šviesos tyrimuose, bet tam paprastai reikia atlikti daug kadrų, o tai reiškia, kad fiksuojamas įvykis turi būti tiksliai atkartojamas. Tikrovėje tai atlikti ne visada įmanoma.

Užfiksuodama viską vienu ypu, LLE-CUP sistema šią problemą eliminuoja, o tyrėjai gali analizuoti bet kokią papildomą šviesos sklaidą, kuri galėtų iškreipti vaizdą.

„Fiksuojant biomedicininius vaizdus, audiniai išsklaido šviesą – todėl nesame skaidrūs, – o tai prastina perduodamos informacijos kokybę“, – sako Bruce Tromberg, Kalifornijos universiteto Irvine chirurgijos ir biomedicinos inžinerijos profesorius. Naudodami LLE-CUP, galime atskirti sklaidą pašaliniuose audiniuose ir izoliuoti šviesos sąveiką su konkrečiomis ląstelėmis.

Ši sistema gali būti naudojama įprastose kamerose, mikroskopuose ir netgi teleskopuose, sako Liangas. Ji galėtų padėti aptikti labai mažus pokyčius, tokius kaip neuronų žybsnius ar vėžio ląsteles, ir itin didelius, tokius, kaip šviesos pokyčiai supernovų šviesoje. „Sistemos „Oho, tai pribloškiama“ faktorius itin aukštas“, – sako Trombergas.