Cum se comportă sunetul și lumina la cea mai mică scară
Recent, o echipă de fizicieni de la Universitatea din Leiden a realizat un experiment fascinant care a reînvigorat celebrul experiment cu două fante al lui Thomas Young din 1801, dar de data aceasta folosind unde sonore. Această cercetare poate revoluționa tehnologiile 5G și domeniul emergent al acusticii cuantice, oferind perspective noi despre cum sunetul și lumina se comportă asemănător, dar și diferit, la cele mai mici scale.
Doctorandul Thomas Steenbergen a declarat: „Am observat că undele sonore din materiale se comportează în mod similar cu lumina, dar există și diferențe notabile. Printr-un model matematic, suntem acum capabili să explicăm și să prezicem acest comportament.” Acest experiment marchează o etapă importantă în studiul fizicii, având implicații semnificative în înțelegerea undelor acustice și electromagnetice.
Experimentul cu două fante
Experimentul lui Young a fost crucial pentru știință, demonstrând că lumina are atât proprietăți de undă, cât și de particulă. Acesta a implicat iluminarea a două fante înguste, generând o interferență care a creat un model distinct de dungi luminoase și întunecate. Rezultatul a fost o dovadă clară a comportamentului ondulatoriu al luminii, inspirând cercetări ulterioare cu diferite tipuri de particule, inclusiv electroni și molecule.
Acum, undele sonore preiau frâiele
Steenbergen și colegul său, Löffler, au dorit să investigheze în detaliu cum se manifestă undele sonore pe cea mai mică scară. Folosind un setup experimental care construiște pe cercetarea anterioară a studentului de licență în fizică, Krystian Czerniak, cercetătorii au aplicat unde sonore de un gigahertz, vibrații care se produc de un miliard de ori pe secundă, dincolo de capacitatea de auz umană.
Metodologia experimentului
Undele sonore au fost direcționate spre un material semiconductor, arsenura de galliu, adesea utilizat în dispozitivele electronice. Cu ajutorul colegului Matthijs Rog, au fost create două fante extrem de mici în acest material, folosind un fascicul de ion.
Steenbergen detaliază: „Am utilizat un scanner optic extrem de precis pentru a măsura sunetul. Acesta poate capta undele sonore cu o precizie de picometru, echivalentul a o milionime de mirometru.” Acest instrument avansat permite investigarea undelor sonore în moduri care erau anterior imposibile, elucidând astfel complexitatea comportamentului acustic.
Asemănări și diferențe
Asemănător experimentelor cu lumină, și în acest caz s-a observat formarea unui model de interferență la spate, ce ilustrează clar zonele unde sunetul se întărește sau se anulează. Totuși, Steenbergen subliniază faptul că modelul obținut nu este complet simetric. „Undele sonore nu se propagă uniform în toate direcțiile. Viteza undelor depinde de unghiul de traversare prin material,” spune el. Folosind modelul matematic dezvoltat de echipa sa, au reușit să explice și să prezică aceste asimmetrii cu acuratețe.
Deschizând noi orizonturi
Utilizarea undelor sonore gigahertz în telecomunicații, în special în dispozitivele 5G, este deja bine cunoscută. Această cercetare aduce noi cunoștințe care ar putea fi aplicate în aceste tehnologii, dar și în alte dispozitive microelectronice și senzori care folosesc sunet. Mai mult, oferă perspective valoroase pentru domeniul acusticii cuantice, unde undele sonore sunt utilizate pentru a transporta informații la scară cuantică.
Prin urmare, un experiment cu o vechime de câteva secole continuă să inspire inovații și să deschidă noi drumuri în știință și tehnologie.
Mai multe informații pot fi găsite în studiul „Experimentul cu fantele double al lui Young cu unde acustice superficiale anisotropice GHz pe arsenura de galliu”, publicat în revista Optics Letters.
