Natuurkundigen zijn er al in geslaagd de versnelling van lichtstralen op vlakke oppervlakken aan te tonen, waar de versnelling ervoor zorgde dat de stralen gebogen paden volgden. Het nieuwe experiment verlegde echter de grenzen van wat in het laboratorium kan worden getoond. Natuurkundigen waren de eersten die de versnelling van een lichtbundel in een gekromde ruimte lieten zien. In plaats van langs een geodetisch pad te bewegen (het kortste pad op een gekromd oppervlak), werd de straal door versnelling van het pad afgebogen.
De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review X, “opent de deur naar een nieuw veld van versneld bundelonderzoek. Tot nu toe is de versnelling van stralen alleen bestudeerd in een medium met een vlakke geometrie, zoals een vlakke vrije ruimte of in golfgeleiders. In dit artikel volgden de optische bundels gebogen paden in een gekromd medium”, zegt Anatoly Patsik, een natuurkundige aan het Israel Institute of Technology.
Het succesvolle experiment, uitgevoerd door natuurkundigen van het Israel Institute of Technology, Harvard University en het Harvard-Smithsonian Astrophysical Center, zal het onderzoekspotentieel vergroten voor verdere laboratoriumstudies van verschijnselen zoals gravitatielenzen. Door dergelijke experimenten in het laboratorium uit te voeren, zullen wetenschappers in staat zijn om de verschijnselen te bestuderen die worden voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden.
Ten eerste versnelden de wetenschappers een laserstraal door deze te weerkaatsen op een ruimtelijke lichtmodulator die is ontworpen om de amplitude, fase of polarisatie van lichtgolven te moduleren. De weerkaatsing van de straal van dit apparaat drukt een specifiek golffront op de straal af, dat versnelt terwijl het zijn vorm behoudt. De wetenschappers richtten vervolgens een versnelde laser op de binnenkant van een gloeilamp, die werd geverfd om het licht te verstrooien en zichtbaar te maken voor onderzoekers.
Wetenschappers merkten op dat de straal, die zich in de lamp bewoog, het traject van de geodetische lijn afbuigde. Door deze beweging te vergelijken met een straal die niet versnelde, ontdekten ze dat wanneer er geen versnelling was, de straal een lijn zou volgen.
Dit onderzoek zou het startpunt kunnen zijn voor toekomstig onderzoek naar verschijnselen die vallen onder Einsteins algemene relativiteitstheorie. Patsik verklaarde dat “Einsteins vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie onder andere de evolutie van elektromagnetische golven in de gekromde ruimte bepalen. Het blijkt dat de evolutie van elektromagnetische golven in een gekromde ruimte volgens de vergelijkingen van Einstein equivalent is aan de voortplanting van elektromagnetische golven in een materiële omgeving, beschreven door elektrische en magnetische gevoeligheid, die in de ruimte kan veranderen."
Dit experiment zou een impuls moeten geven aan de ontwikkeling van onderzoek naar het onderwerp zwaartekrachtlenzen en Einstein-ringen, zwaartekrachtblauw of roodverschuiving, en nog veel meer. In de toekomst zijn wetenschappers van plan te onderzoeken of plasmabundels (waarin plasma oscilleert in plaats van licht) ook kunnen versnellen in gekromde ruimtes.
Ilya Khel
Promotie video:
