For næsten et årti siden beregnet forskere, at mikrobølger tilsyneladende kan tilbringe en imaginær mængde tid inden for et materiale – nu afslører et eksperiment, hvordan fænomenet er helt reelt
Et oscilloskop i et elektronisk testlaboratorium
Mikrobølger ser ud til at være i stand til at bruge “imaginær tid” inde i et materiale, men dette bisarre fænomen har aldrig vist sig at svare til noget reelt og målbart i laboratoriet – indtil nu.
Når en strålingspuls, såsom mikrobølger eller lys, bevæger sig gennem et materiale, kan interaktionen med materialets atomer bremse det og skabe en tidsforsinkelse. I 2016 beregnet et team af forskere, at denne tidsforsinkelse kan være imaginær -knase numrene, og du får et antal sekunder ganget med kvadratroden på -1, eller det imaginære nummer jeg. Vi støder ikke på sådanne tal i naturen, men Isabella Giovannelli og Steven Anlage på University of Maryland har alligevel fundet en måde at måle dem i et eksperiment.
”Det ligner en skjult grad af frihed, som folk ignorerede,” siger Anlage. ”Jeg tror, hvad vi har gjort, er at bringe det ud og give det en fysisk betydning.”
Forskerne sendte en mikrobølgepuls gennem et sæt koaksiale kabler, hvis ender var forbundet til at danne formen på en ring. De havde masser af kontrol over pulsen, der kom ind i denne ring, og de indsamlede og analyserede meget præcist mikrobølgepulsen, der kom ud. Holdet brugte et oscilloskop og andre enheder til ikke kun at bestemme, hvor længe det holdes i kablerne, men også hvordan dens andre egenskaber, såsom frekvens, ændrede sig.
De fandt, at såkaldte imaginære tid manifesterer sig som en lille fysisk forandring. Mikrobølger bruger ikke en umulig tid i kablerne; De vrimler bare gennem det med en let skiftende frekvens. Dette skyldes, at energien og intensiteten af mikrobølgerne ændrer sig, når de rejser og interagerer med kablernes interiør, siger Konstantin Bliokh ved Donostia International Physics Center i Spanien, der arbejdede på 2016 -beregningen.
Imaginære tidsforsinkelser er blevet ignoreret i tidligere eksperimenter, fordi forskere antog, at de er ikke-fysiske. Giovannelli siger, at disse små frekvensskift også er virkelig vanskelige at opdage. ”Det var meget udfordrende. En del af grunden til, at vi var i stand til endda at måle dette, var fordi vi har nogle af de bedste oscilloskoper i verden,” siger hun.
Franco Nori i Riken i Japan, der også var involveret i 2016 -arbejdet, siger, at det nye eksperiment er “originalt, tankevækkende, omhyggeligt udført og vigtigt”. Han og hans kolleger havde eksperimentelt testet kun den virkelige-ikke-imaginære-en del af processen, så Anlage og Giovannellis arbejde afslutter billedet af, hvordan materialer kan skulpturer af strålingspulser.
”For flere årtier siden blev disse effekter betragtet som små, men nu spiller de vigtige roller i nanovidenskab,” siger Bliokh. Hvis de generaliseres til at omfatte mere komplekse systemer, kunne de udnyttes på nogle sensingenheder, siger han. Nori siger, at resultaterne også kan hjælpe med at forbedre enheder, der bruger lys til opbevaring, som nogle computerhukommelser gør.
Holdet planlægger nu at undersøge, hvordan de frekvensskift, de målte, vedrører den måde, hvorpå informationsbærerimpulser, såsom dem, der bruges til kommunikation, kan blive ødelagt, når de rejser gennem materialer.
”Det er som en hammer, som vi har opfundet, og nu kan vi finde negle,” siger Anlage.