Schaduw van licht
Deze ontdekking brengt een revolutionaire kijk op schaduwen teweeg en toont aan dat licht niet altijd ongehinderd door ander licht heen beweegt. Kan licht een schaduw werpen? Hoewel het als een filosofisch vraagstuk klinkt, blijkt dit idee in de praktijk mogelijk te zijn. Een recente studie toont aan dat een laserstraal in specifieke omstandigheden kan functioneren als een ondoorzichtige barrière en zo daadwerkelijk een schaduw kan creëren.
Van onmogelijkheid naar werkelijkheid
“Het idee dat laserlicht een schaduw zou kunnen werpen, werd tot voor kort als onmogelijk beschouwd,” zegt Raphael Abrahao, hoofdonderzoeker aan het Brookhaven National Laboratory.
Normaal gesproken gaat licht door ander licht zonder enige interactie. Deze demonstratie van een onverwacht optisch fenomeen dwingt ons om ons begrip van schaduwen opnieuw te bekijken.
Raphael Abrahao, hoofdonderzoeker Brookhaven National Laboratory
Een toevallige aanleiding
De doorbraak vond zijn oorsprong in een lunchgesprek waarin werd opgemerkt dat sommige 3D-visualisaties de schaduw van een laserstraal laten zien. Dit komt doordat lasers daarin worden weergegeven als cilinders, zonder de werkelijke fysica van een laserstraal mee te nemen. Deze opmerking leidde tot de vraag of een dergelijk experiment ook in een laboratorium uitvoerbaar zou zijn. “Wat begon als een luchtige discussie, veranderde al snel in een serieuze verkenning van de fysica achter lasers en de optische reacties van materialen,” legt Abrahao uit. Dit leidde tot het idee om te onderzoeken of een laserstraal een schaduw kan creëren.
Het experiment in detail
Om hun hypothese te testen, richtten de onderzoekers een krachtige groene laserstraal door een robijnkristal, terwijl een blauwe laser de opstelling vanaf de zijkant belichtte. Zodra de groene laser het robijnkristal binnendrong, veranderde het lokaal de eigenschappen van het kristal, wat invloed had op het gedrag van het blauwe licht. In dit experiment fungeerde de groene laser als een obstakel, terwijl de blauwe laser de rol van verlichting vervulde.
Door de interactie tussen de lasers absorbeerde het robijnkristal een deel van het blauwe licht in het gebied waar de groene laserstraal aanwezig was. Dit resulteerde in een zichtbaar donkerder gebied – een schaduw – die alle kenmerken van een klassieke schaduw vertoonde: zichtbaar met het blote oog, met contouren die overeenkwamen met de vorm en positie van de groene laserstraal.
Hoe werkt het?
Het schaduwverschijnsel is te danken aan niet-lineaire optische absorptie in het robijnkristal. De groene laserstraal verhoogt de absorptie van het blauwe licht, waardoor een gebied ontstaat met een lagere lichtintensiteit. Dit donkere gebied verschijnt als de schaduw van de groene laserstraal.
Vergelijkbaar met een schaduw op een zonnige dag
De onderzoekers ontdekten dat het contrast van de schaduw afhing van de intensiteit van de laserstraal. Bij maximale intensiteit bereikte het schaduwcontrast ongeveer 22 procent, vergelijkbaar met de schaduw van een boom op een zonnige dag. Bovendien hebben ze een theoretisch model ontwikkeld om het contrast van de schaduw nauwkeurig te voorspellen.
Een nieuwe kijk op licht en schaduwen
De resultaten van dit experiment tonen aan dat laserlicht onder specifieke omstandigheden inderdaad een schaduw kan werpen. “Deze ontdekking verdiept ons begrip van hoe licht en materie op elkaar reageren,” concludeert Abrahao. “Het opent nieuwe mogelijkheden voor toepassingen die voorheen ondenkbaar waren.”
Potentiële toepassingen
De nieuwe inzichten kunnen worden ingezet in diverse technologieën, zoals optische schakelaars en systemen die controle over lichttransmissie vereisen, bijvoorbeeld in krachtige lasers. Ook denken de onderzoekers dat de intensiteit van een laserstraal technisch gecontroleerd kan worden door een tweede laser toe te passen. In vervolgonderzoek willen ze onderzoeken hoe andere materialen en golflengtes vergelijkbare effecten kunnen veroorzaken.
Samenvattend laat dit baanbrekende onderzoek zien dat licht veel complexer kan zijn dan we ooit dachten, en dat zelfs iets alledaags als een schaduw nieuwe mysteries kan onthullen.
Bronmateriaal: Optica Publishing
