Физики впервые сняли световую "ударную волну"

При помощи специальной камеры, способной снимать до 100 миллиардов кадров в секунду, физики из Университета Вашингтона засняли видео движения конуса "ударной волны" света. Это явление близко "ударным конусам", которые возникают вокруг самолёта во время его перехода на сверхзвук. Научная статья об этом опубликована в журнале Science Advances.

В некоторых средах при распространении пучка света перед ним образуется "ударная волна". В то время как основной пучок рассеянного излучения движется с одной скоростью, "ударная волна" распространяется впереди него со "сверхсветовой" скоростью. Для этого основной пучок света распространяется через канал с низким коэффициентом преломления (чем он ниже, тем ближе скорость движения света к максимальной, достигаемой в вакууме), а вокруг канала располагается оптически плотная среда, в которой скорость распространения света ниже.

При движении в основном канале свет рассеивается на дефектах, порождая вторичное излучение, которое движется с более низкой скоростью, чем основной поток. При этом форма такого пятна рассеяния напоминает конус, который и удалось снять на видео. Таким образом, основной пучок света, "ударная волна", движется со "сверхсветовой" скоростью, а идущий за ним рассеянный свет – медленнее.

Чтобы получить изображение и видео этой волны, потребовалась камера, способная снимать с выдержкой в несколько пикосекунд — триллионных долей секунды. Для сравнения, у современных зеркальных фотоаппаратов максимальная выдержка составляет 1/8000 долю секунды, что даёт в десятки миллионов меньшее число кадров в секунду. Для съёмки этого явления использовалась специальная техника, совмещавшая три различных изображения, получаемых при определённой выдержке.

Учёные считают, что новую технику съёмки можно будет применять не только для исследования пучков света, но и для других быстрых процессов. Например, с её помощью получится визуализировать образование и передачу нервных импульсов в мозге.