Studiază fenomenele haosului cu una dintre cele mai rapide camere din lume

Credit: Caltech

Există lucruri în viață care pot fi prezise în mod rezonabil. Mareele urcă și coboară. Luna răsare și apune. O bilă de biliard sare în jurul unei mese în conformitate cu geometria ordonată.

Și există lucruri care sfidează predicția ușoară: uraganul schimbând direcția fără avertisment. Apa stropeste intr-o fantana. Dezordinea elegantă a ramurilor care cresc dintr-un copac.

Aceste fenomene și fenomene similare pot fi descrise ca sisteme haotice și sunt notabile pentru că prezintă un comportament previzibil la început, dar cresc din ce în ce mai aleator în timp.

Datorită rolului grozav pe care îl au sistemele haotice în lumea din jurul nostru, oamenii de știință și matematicienii au încercat mult timp să le înțeleagă mai bine. Acum, Lihong Wang din Caltech, profesorul Bren din Andrew și Departamentul de Inginerie Medicală al lui Peggy Cherng, a dezvoltat un nou instrument care vă poate ajuta în această cercetare.

În ultimul număr al Progrese științifice, Wang descrie modul în care a folosit o cameră ultra-rapidă cu propriul său design, care a înregistrat videoclipuri la un miliard de cadre pe secundă pentru a observa mișcarea luminii laser într-o cameră special concepută pentru a induce reflexii haotice.

Cavitate optică haotică

Un videoclip înregistrat cu o cameră filmând la un miliard de cadre pe secundă arată cum două impulsuri de lumină laser iau căi diferite pe măsură ce sunt reflectate într-o cavitate optică haotică. Credit: Caltech

„Unele cavități nu sunt haotice, deci calea pe care o ia lumina este previzibilă”, spune Wang. Dar în lucrările actuale, el și colegii săi au folosit această cameră ultrarapidă ca instrument pentru a studia o cavitate haotică, „în care lumina ia o cale diferită de fiecare dată când repetăm ​​experimentul”.

Camera utilizează o tehnologie numită fotografie ultrarapidă comprimată (CUP), pe care Wang a demonstrat-o în alte cercetări că este capabilă de viteze de până la 70 trilioane de cadre pe secundă. Viteza la care ia o cameră CUP o face capabilă să vadă lumina (cea mai rapidă din univers) pe măsură ce călătorește.

Dar camerele CUP au o altă caracteristică care le face potrivite pentru studierea sistemelor haotice. Spre deosebire de o cameră tradițională care filmează câte un cadru video la un moment dat, o cameră CUP face practic toate cadrele sale simultan. Acest lucru permite camerei să surprindă întreaga cale haotică a unui fascicul laser prin intermediul camerei simultan.

Acest lucru contează deoarece într-un sistem haotic, comportamentul este diferit de fiecare dată. Dacă camera a capturat doar o parte din acțiune, comportamentul care nu a fost niciodată înregistrat nu ar putea fi studiat, deoarece nu s-ar mai repeta exact în același mod. Ar fi ca și cum ați încerca să fotografiați o pasăre, dar cu o cameră care poate captura doar o parte a corpului la un moment dat; de asemenea, de fiecare dată când pasărea ateriza lângă tine, ar fi vorba despre o altă specie. În timp ce puteți încerca să puneți toate fotografiile împreună într-o imagine compusă de pasăre, acea pasăre pietruită ar avea ciocul unei corbe, gâtul unei berze, aripile unei rațe, coada unui șoim și picioarele unui pui. Nu tocmai util.

Wang spune că capacitatea camerei sale CUP de a capta mișcarea haotică a luminii poate aduce la viață studiul haosului optic, care are aplicații în fizică, comunicații și criptografie.

„A fost un câmp foarte fierbinte de ceva vreme, dar s-a epuizat, poate pentru că nu aveam instrumentele de care aveam nevoie”, spune el. „Experimentaliștii și-au pierdut interesul pentru că nu au putut face experimente, iar teoreticienii și-au pierdut interesul pentru că nu și-au putut valida teoriile în mod experimental. A fost o demonstrație amuzantă pentru a le arăta oamenilor din acest domeniu că au în sfârșit un instrument experimental. ”

Documentul care descrie cercetarea, intitulat „Observarea în timp real și controlul haosului optic”, apare în numărul din 13 ianuarie al anului Progrese științifice. Co-autori sunt Linran Fan, fost al Caltech, acum profesor asistent la Colegiul Wyant de Științe Optice de la Universitatea din Arizona; și Xiaodong Yan și Han Wang, de la Universitatea din California de Sud.

Referință: „Observarea în timp real și controlul haosului optic” de către Linran Fan, Xiaodong Yan, Han Wang și Lihong V. Wang, 13 ianuarie 2021, Progrese științifice.
DOI: 10.1126 / sciadv.abc8448

Finanțarea cercetării a fost asigurată de Programul de cercetare pentru tineret al Armatei de Cercetare, de Biroul de Cercetări Științifice al Forțelor Aeriene, de Fundația Națională pentru Științe și de Institutele Naționale de Sănătate.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ingineria interfeței limită între materialele 2D și 3D

din David L. Chandler, Institutul de Tehnologie din Massachusetts 2 martie 2021 Aceste imagini ale „insulelor” atomilor de aur depuse într-un strat bidimensional de sulfură de...

Cipul microfluidic simplifică testarea COVID-19, oferă rezultate pe un telefon în 55 de minute sau mai puțin

Nanobeads programate sunt asociate cu un telefon mobil exterior și instrumentul de diagnosticare plug-in poate diagnostica COVID-19 în 55 de minute sau mai puțin,...

O mușcătură puternică, mortală, foarte rapidă a unei furnici Trap-maxilar

Micile schimbări de formă pot duce la inovații în funcție, arată un nou studiu. Cercetătorii au dezvăluit modul în care o capcană de furnici -...

Recenziile școlare parentale sunt legate de indicatorii demografici și rezultatele testelor, nu de performanța școlară

Comentariile părinților au reflectat diferențele dintre rasă și venituri în școlile publice de K-12. Prima analiză a comentariilor părinților despre școlile publice din K-12 din...

Un aisberg masiv – de 10 ori mai mare decât San Francisco – rupe raftul principal de gheață din Antarctica

Noile imagini radar captate de misiunea Copernicus Sentinel-1 arată o aisberg de 1.270 km² care se relaxează și se îndepărtează rapid de raftul de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.