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Onde ottiche con inversione temporale

21.12.2020

I fisici hanno presentato una nuova tecnica con la quale hanno dimostrato l'inversione del tempo per le onde ottiche. La scoperta aiuterà nel campo delle telecomunicazioni e dell'imaging biomedico.

Invertire il tempo in fisica non significa viaggiare "indietro nel futuro". Questa proprietà significa che puoi seguire il movimento dell'onda lungo il suo percorso nella direzione opposta, come se stessimo guardando un film in riavvolgimento. Immagina di aver lanciato un oggetto pesante nella piscina. Allo stesso tempo, vedremmo uno spruzzo d'acqua e la formazione di onde sulla sua superficie, che alla fine si placherebbero. Ora, se le onde invertite nel tempo vengono inviate nella piscina, alla fine si sommeranno e formeranno lo splash che abbiamo osservato dopo che un oggetto pesante è caduto nella piscina.

Finora, una tale inversione non è stata osservata per le onde elettromagnetiche nel campo del visibile nello spazio tridimensionale. Gli scienziati dell'Università del Queensland e dei Nokia Bell Labs sono stati in grado di farlo. Hanno creato un dispositivo che consente di controllare il movimento della luce nello spazio utilizzando la fibra ottica.

È estremamente difficile controllare la luce e invertirla nel tempo, poiché questi processi che coinvolgono le onde elettromagnetiche si verificano entro trilionesimi di secondo.

Per comprendere l'essenza dello sviluppo, i ricercatori propongono di immaginare il movimento della luce attraverso la nebbia. All'inizio la luce è un raggio concentrato, ma nella nebbia inizia a disperdersi e ci raggiunge in questa forma. Il compito dei ricercatori era quello di raccogliere tutta la luce diffusa in questo modo e ripristinarne il percorso di ritorno concentrandosi su un punto.

La nuova configurazione ha permesso per la prima volta di invertire un'onda ottica nel tempo. Questa capacità di controllare la propagazione della luce sarà utile per molte applicazioni, dall'imaging e dall'acquisizione di oggetti mediante onde elettromagnetiche alla creazione di raggi laser molto intensi.

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Energia dallo spazio per Starship 08.05.2024

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Nuovo metodo per creare batterie potenti 08.05.2024

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Contenuto alcolico della birra calda 07.05.2024

La birra, essendo una delle bevande alcoliche più comuni, ha un gusto unico, che può cambiare a seconda della temperatura di consumo. Un nuovo studio condotto da un team internazionale di scienziati ha scoperto che la temperatura della birra ha un impatto significativo sulla percezione del gusto alcolico. Lo studio, condotto dallo scienziato dei materiali Lei Jiang, ha scoperto che a diverse temperature, le molecole di etanolo e acqua formano diversi tipi di cluster, che influenzano la percezione del gusto alcolico. A basse temperature si formano più grappoli piramidali, che riducono l'asprezza del gusto dell'"etanolo" e rendono la bevanda meno alcolica. Al contrario, con l'aumentare della temperatura, i grappoli diventano più a catena, determinando un gusto alcolico più pronunciato. Questo spiega perché il gusto di alcune bevande alcoliche, come il baijiu, può cambiare a seconda della temperatura. I dati ottenuti aprono nuove prospettive per i produttori di bevande, ... >>

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Tecnologia per misurare il tempo con una precisione fino a zeptosecondi 02.01.2023

Quanto velocemente si muovono gli elettroni tra gli atomi all'interno della stessa molecola? Molto spesso richiedono solo pochi attosecondi (10^-18 secondi o un milionesimo di miliardesimo di secondo). Tenere traccia di processi così veloci è impegnativo e un team di scienziati australiani ha recentemente sviluppato una nuova tecnologia di interferenza in grado di misurare i ritardi temporali con una risoluzione di zeptosecondi (10^-21 secondi, o trilionesimo di miliardesimo di secondo).

Come test, questa tecnologia è stata utilizzata per misurare il ritardo tra due impulsi di luce emessi da diversi isotopi di idrogeno, idrogeno normale (H2) e deuterio (D2), che sono stati esposti contemporaneamente a un singolo impulso di luce laser. Il ritardo misurato era inferiore a tre attosecondi e la sua causa è la differenza nella dinamica del movimento dei nuclei più leggeri e più pesanti degli atomi dell'isotopo di idrogeno.

La luce veniva emessa dagli atomi di idrogeno attraverso un processo chiamato generazione di alte armoniche (HHG). Questo processo si verifica quando un elettrone viene espulso da un atomo da un potente flusso di luce, che accelera anche l'elettrone a un'energia (velocità) più elevata. Quando l'elettrone ritorna nel "seno" dell'atomo, viene emesso un quanto di luce ultravioletta dura (ultravioletto estremo, XUV). La frequenza, l'intensità e la fase della radiazione secondaria dipendono fortemente dai parametri delle funzioni d'onda, quindi tutti gli atomi e le molecole emettono ultravioletti duri con i propri parametri unici.

Se l'intensità spettrale della radiazione secondaria viene misurata in modo abbastanza semplice, allora la misurazione della sua fase è un problema molto più complesso, che va oltre la potenza degli spettrometri tradizionali.

Per risolvere questo problema, gli scienziati hanno approfittato di un fenomeno chiamato fase Gouy. La misura dello sfasamento di Gouy dei quanti di luce da idrogeno e deuterio equivale in questo caso alla misura del ritardo temporale, e gli esperimenti eseguiti hanno mostrato che questo valore è abbastanza stabile e di poco inferiore a 3 attosecondi. Il lavoro degli scienziati australiani è stato testato per la "purezza scientifica" da un gruppo di fisici teorici dell'Università di Shanghai. Scienziati cinesi hanno modellato tutte le possibili varianti della generazione di radiazioni HHG da due isotopi di idrogeno, tenendo conto di tutte le possibili combinazioni del movimento di nuclei ed elettroni.

I risultati della simulazione ottenuti corrispondono molto bene ai dati sperimentali, e questo suggerisce che in futuro questa tecnologia potrà essere utilizzata per studiare e misurare processi ultraveloci in atomi e molecole con una risoluzione temporale senza precedenti.

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