کشف شگفت انگیز در فیزیک: لیزرها می توانند نور را مسدود نمایند و سایه بیندازند - آیان کتاب

این آزمایش با نتیجه دور از انتظارش، نشان داد که اگر دو پرتو لیزر با زاویه و شرایط مشخصی از هم عبور نمایند، پرتو اول نمی تواند از پرتو دوم عبور کند و به جای آن، سایه ای ایجاد می گردد. به گفته رافائل آبراهائو (Raphael Abrahão) از آزمایشگاه ملی بروکهِون (Brookhaven National Laboratory)، این اثر غیرمنتظره و شگفت انگیز، مفهوم سایه و ویژگی های نور را به طور اساسی تغییر می دهد و پرسش های جدیدی در خصوص تعامل نور و ماده مطرح می نماید.

آنالیز رفتار نور در مواد غیرخطی: پایه ای برای کشف سایه لیزری

آبراهائو و تیمش از ابتدا قصد داشتند روی نحوه تعامل پرتوهای نور با مواد غیرخطی تحقیق نمایند؛ موادی که رفتارشان نسبت به نور به شکل خطی تغییر نمی نماید و می توانند اثراتی مانند تقویت، جذب و همگام سازی فرکانس ها را ایجاد نمایند. این گروه در حال طراحی و شبیه سازی سه بعدی آزمایش های خود با نرم افزارهای پیشرفته بودند و مشاهده کردند که در این نرم افزار، پرتو نور به صورت استوانه ای جامد نمایش داده شده و سایه ای ایجاد می نماید. این موضوع ابتدا به عنوان یک شوخی مطرح شد اما به سرعت به یک سوال علمی مجذوب کننده تبدیل شد و تیم تصمیم گرفت این ایده را در قالب یک آزمایش فیزیکی واقعی پیاده سازی کند.

اجرای آزمایش سایه لیزری با استفاده از کریستال روبی

در این آزمایش، دانشمندان از کریستال روبی (Ruby) به عنوان نقطه برخورد دو پرتو لیزر استفاده کردند. پرتو آبی لیزر به یک طرف کریستال راهنمایی شد و در نهایت به صفحه ای رسید که نور آبی درخشانی روی آن پخش می شد. سپس پرتو دوم، یعنی لیزر سبز، به صورت عمود از طرف دیگر کریستال عبور داده شد.

در نقطه ای که نور سبز با مولکول های کریستال روبی برخورد داشت، الکترون ها به سرعت به حالت های انرژی بالاتر منتقل و سپس مجدداً به حالت پایین تر بازمی گشتند. این رفتار الکترون ها باعث شد که پرتو آبی، که طول موج کمی کوتاه تر از نور سبز دارد، در ناحیه ای که لیزر سبز قرار داشت، مسدود گردد. به عبارتی، لیزر سبز با ایجاد یک مانع در مسیر پرتو آبی عمل نموده و سایه ای تاریک و قابل مشاهده در مسیر نور آبی ایجاد کرد. این سایه با حرکت منبع لیزر سبز تغییر مکان می داد و همان ویژگی های یک سایه واقعی را نشان می داد.

اهمیت این کشف در علم و فناوری نور و اپتیک

به گفته آبراهائو، این کشف نه تنها مفهوم سایه و نور را به چالش می کشد، بلکه درک ما از تعاملات بین نور و ماده را نیز توسعه می دهد و می تواند راه های جدیدی برای استفاده از نور در فناوری های پیشرفته باز کند. برای مثال، این یافته ها می توانند در توسعه دستگاه های کنترل نوری که به دقت بالا در انتقال نور احتیاج دارند، مفید باشند. این دستگاه ها، موسوم به سوییچ های نوری، می توانند کنترل بیشتری بر انتقال نور داشته باشند و در مواردی که احتیاج به تغییر مسیر و کنترل دقیق نور است، بسیار موثر باشند. بعلاوه، این نوع فناوری می تواند در سیستم هایی که احتیاج به مهار یا انتقال قدرت بالا در پرتوهای لیزری دارند، مورد استفاده قرار گیرد.