Läpinäkyvässä väliaineessa etenevä valo synnyttää mukanaan kulkevan atomien massatiheysaallon. Aihetta selvittivät Aalto-yliopiston tutkijat, joiden kehittämä uudenlainen valon massa-aaltoteoria ratkaisee valon liikemäärään liittyvän paradoksin.

Aalto-yliopiston selvittivät tutkimuksissaan, että jokaista läpinäkyvässä väliaineessa kulkevaa fotonia seuraa atomitiheysaalto. Atomien liike aiheutuu fotonin optisesta voimasta, joka saa esimerkiksi piin atomit kuljettamaan 92 prosenttia valon kokonaisliikemäärästä.

Tutkijoiden kehittämä valon massa-aaltoteoria ratkaisee satavuotisen valon liikemäärän paradoksin. Valon liikemäärälle läpinäkyvässä väliaineessa on aiemmin johdettu teoreettisesti kaksi tulosta, joilla on piin tapauksessa kymmenkertainen ero. Tämä ero johtuu siitä, ettei atomitiheysaaltoon liittyvää massan siirtymää ole otettu huomioon.

Aallon tutkijat hyödynsivät selvityksessään kahta riippumatonta, mutta toisiaan täydentävää menetelmää. Molemmat lähestymistavat osoittavat, että kenttäenergian siirtymiseen läpinäkyvässä väliaineessa liittyy väistämättä massan siirtyminen. Siirtyvä massa muodostuu atomien tihentymästä, joka liikkuu fotonin kanssa väliaineen läpi.

”Valopulssin kokonaisliikemäärän mittaaminen ei riitä, vaan on mitattava myös massasiirtymä. Tarvittavien kokeiden pitäisi olla mahdollisia käyttäen interferometrisiä ja mikroskooppisia tekniikoita sekä yleisesti saatavilla olevia materiaaleja”, sanoo tutkija Mikko Partanen Aalto-yliopistosta

Tutkijat tekevät työtä teorian tulevaisuuden optomekaanisiin sovelluksiin liittyen. Uusi teoria kuvaa valon liikettä paitsi läpinäkyvissä nesteissä ja kiinteissä aineissa, myös tähtienvälisessä harvassa kaasussa. Yksinkertaisella kinemaattisella tarkastelulla voidaan osoittaa, että energiahäviö, joka syntyy atomitiheysaallosta, on suoraan verrannollinen fotonin energiaan ja sen kulkemaan matkaan.

”Tämä kannustaa jatkosimulaatioihin, joissa käytetään realistisia parametreja tähtienvälisen kaasun ja plasman tiheydelle ja lämpötilalle”, selittää professori Jukka Tulkki.

LISÄÄ: Tutkimusartikkeli Physical Review -julkaisussa (LINKKI) ja video (LINKKI, Youtube)

Kuva:  Kiteen läpi etenevän valon optinen voima synnyttää atomisen massatiheysaallon. Kuva: Jyrki Hokkanen, CSC.

Uusimmat teknologiauutiset kätevästi uutiskirjeessä – kerran viikossa (LINKKI).

LUE – UUTTA  – LUE – UUTTA – LUE – UUTTA

Uusi ammattilehti huipputekniikan kehittäjille – Lue ilmaiseksi!

https://issuu.com/uusiteknologia.fi/docs/1_2017