Forskare som manipulerar tiden orsakar de första framgångsrika fotonkollisionerna

By | August 23, 2023

Forskarna har framgångsrikt tvingat elektromagnetiska (EM) vågor, som vanligtvis passerar genom varandra, att kollidera frontalt genom tidsmanipulation, vilket är möjligt tack vare metamaterialens unika egenskaper.

Inspirerad av konceptet att använda vågor i makroskala, som tsunamier eller jordbävningar, för att eliminera varandra, kan manipulering av tidsgränssnitt för att få dessa fotoner att kollidera istället för att passera genom varandra öppna upp ett brett utbud av tekniska tillämpningar, inklusive framsteg inom telekommunikation , optisk beräkning och till och med energiskörd.

Är det möjligt att använda en våg för att avbryta en annan våg?

Ingenjörer som studerar de förödande effekterna av vågorsakade katastrofer, såsom tsunamier och jordbävningar, har ofta postulerat idén om att använda en motvåg för att stoppa dem. Tyvärr har olika fysiklagar visat att idén är opraktisk, för att inte säga helt omöjlig. Fortfarande undrar forskare som studerar våginteraktioner på atomär och subatomär skala om idén skulle vara möjlig i kvantuniversumet.

“Även om ett sådant resultat (att stoppa en tsunami) är omöjligt i konventionell vågfysik, visste vi att det i princip var möjligt med ett temporalt metamaterial”, säger Emanuele Galiffi, en postdoktor vid Center for Advanced Scientific Research vid CUNY Graduate Center ( CUNY ASRC). ) och huvudförfattaren till denna sista studie. “Vårt experiment tillät oss att demonstrera detta koncept i aktion för elektromagnetiska vågor.”

Manipuleringstid visade sig vara nyckeln till att orsaka de första fotonkollisionerna

För att göra den historiska fotonkollisionen analyserade CUNY ASRC-teamet först arbete de tidigare hade publicerat om något som kallas tidsreflektioner.

Ur en rent teoretisk synvinkel är tidsmässiga reflektioner precis vad de verkar. Snarare än reflektion av en ljusvåg, som att se dig själv i en spegel, eller reflektion av en ljudvåg, som att höra ett eko, är en tidsreflektion rotad i tanken att tiden rör sig som en våg, och givet de rätta förutsättningarna, tiden kan reflekteras baklänges. Åtminstone i kvantskala.

Även om idén hade diskuterats i över sex decennier, fanns det inget känt material som kunde ändra sitt allmänna tillstånd tillräckligt snabbt för att initiera dessa tidsmässiga funderingar. Sedan, tidigare i år, bevisade samma CUNY ASRC-team bakom denna senaste upptäckt äntligen existensen av tidsmässiga reflektioner med hjälp av ett metamaterial som nyligen hade utvecklats.

“Med hjälp av sofistikerad metamaterialdesign kunde vi uppfatta förutsättningarna för att ändra materialegenskaper över tid, både abrupt och med hög kontrast”, förklarade Andrea Alù, framstående professor i fysik vid Graduate Center vid University of New York City och grundare. av CUNY ASRC Photonics Initiative vid tidpunkten för upptäckten. Resultatet var det första observerbara beviset på att tiden hade reflekterats baklänges.

Nu har professor Alù och hans team visat att manipulering av tid i ett metamaterial verkligen kan få fotoner att kollidera.

“Vårt arbete bygger på en serie experiment som visar hur vi kan skapa metamaterial med unika egenskaper som uppstår från plötsliga variationer i deras elektromagnetiska egenskaper över tid”, sa Alù. “Dessa variationer tillåter oss att manipulera vågutbredning på sätt som inte syns i naturen.”

Detta senaste verk, publicerat i tidningen Naturens fysik, bevisade att de plötsliga tidsmässiga förändringarna i anpassade metamaterial som de tidigare hade visat, även känd som tidsgränssnitt eller tidsreflektioner, faktiskt kan få elektromagnetiska vågor att kollidera. Det är något som ses på objekt i makroskala som kolliderande poolbollar, men på subatomär skala är det något som aldrig har setts tidigare.

Också att notera, forskarna sa att genom att manipulera tiden kunde de kontrollera arten av kollisionen för att avgöra om energi gick förlorad eller bevarad. Till exempel sparar två poolbollar som kolliderar det mesta av sin energi, medan två gummibollar som kolliderar förlorar det mesta av sin energi.

halvt nedsänkbar

“Vi kunde också kontrollera om vågorna utbytte, fick eller förlorade energi under dessa kollisioner,” sa Alù.

Upptäckten kan leda till tekniska framsteg inom flera områden.

En intressant tillämpning föreslog och faktiskt demonstrerades av forskarna som använde deras metod för att forma elektromagnetiska pulser genom att kollidera med varandra.

“Denna teknik tillåter oss att använda en extra signal som mall för att skulptera en puls som vi är intresserade av att strukturera”, säger Gengyu Xu, en postdoktor i Alùs labb och medförfattare till tidningen. Xu säger att de redan har visat denna färdighet med hjälp av radiovågor och arbetar nu för att “förverkliga denna skulpteringsförmåga” vid högre frekvenser.

I sin slutsats säger forskarna att förmågan att kollidera med EM-vågor i syfte att kontrollera vågutbredning också kan leda till framsteg inom ett antal områden som är beroende av sådana processer. Detta inkluderar framsteg inom trådlös kommunikation, energiskörd, bildbehandling och datoranvändning.

Christopher Plain är en science fiction- och fantasyromanförfattare och vetenskapsskribent för The Debrief. Följ och ta kontakt med honom på X, upptäck hans böcker om plainfiction.comeller maila honom direkt på christopher@thedebrief.org.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *