Fisica: la trappola perfetta non lascia fuoriuscire la luce

Nella scienza e nella tecnologia, è spesso necessario assorbire quanta più luce possibile per ricavarne energia o per esaminare la luce incidente nel modo più accurato possibile. Questo è relativamente facile quando si ha a che fare con oggetti ingombranti, come gli impianti fotovoltaici. Tuttavia, l’assorbimento completo della luce diventa più complesso quando si tratta di film sottili e quindi di materiali trasparenti.

Usa la luce in modo efficiente

Puoi vederlo anche nella vita di tutti i giorni Stefano Rother Spiegato dall’Istituto di Fisica Teorica dell’Università Tecnica (TU) di Vienna. Un esempio di buona capacità di assorbimento è l’abbigliamento nero. D’altra parte, la retina assorbe meno la luce. Man mano che la sera diventa più buio, anche la visibilità peggiora, anche se c’è ancora un po’ di luce. Tuttavia, poiché la retina è molto sottile e trasparente, molta luce in entrata viene persa e non può essere utilizzata in modo ottimale.

Gli animali notturni o quelli che cacciano di notte hanno un vantaggio. I gatti hanno bisogno di usare la poca luce che è presente in modo efficiente in modo che possano vederli di notte. “Gli animali lo gestiscono avendo uno strato riflettente dietro la retina. Ciò significa che la luce viene rimandata indietro e la retina può assorbire nuovamente il raggio”, spiega Rutter a Science.ORF.at. Questo è anche il motivo per cui gli occhi dei gatti brillano di notte.

La natura del modello di ruolo

Rotter si occupa da molto tempo dell’assorbimento della luce e ha voluto utilizzare l’approccio felino per l’uso ottimale della luce nella scienza e nella tecnologia. Insieme a un fisico sperimentale Uri Katz Dall’Università Ebraica di Gerusalemme, ha avuto un’idea per una trappola di luce in grado di assorbire perfettamente un raggio di luce anche in strati sottili, molto meglio dei gatti. Rotter: “Il raggio di luce entra solo due volte attraverso la retina dell’occhio del gatto, ma a nostro modo il raggio viene riflesso ripetutamente e colpisce il materiale fino a quando non viene completamente assorbito”.

I calcoli teorici della “trappola di luce perfetta” sono arrivati ​​da Vienna e poi il team l’ha realizzato sperimentalmente a Gerusalemme. colui il quale risultato I ricercatori stanno attualmente riportando sulla rivista Science.

Via della luce a senso unico

La trappola è costituita da specchi e lenti ordinatamente disposti, che consentono a un raggio di luce di passare attraverso uno specchio parzialmente trasparente verso l’interno, ma poi lo dirigono in cerchio per così tanto tempo che alla fine interferisce con se stesso. Lo specchio parzialmente trasparente diventa inizialmente completamente trasparente al raggio laser incidente.

Il risultato, per così dire, è una strada di luce a senso unico. Se la trappola è sintonizzata con precisione sulla lunghezza d’onda del raggio di luce, impedirà a se stessa di uscire nuovamente dalla trappola. “Quindi la luce non ha altra via d’uscita che essere completamente assorbita dal materiale sottile all’interno della trappola”, afferma Rotter.

sistema potente

Oltre al perfetto assorbimento, la trappola presenta anche altri vantaggi, come la sua durata. “Il sistema deve essere sintonizzato esattamente sulla lunghezza d’onda che si desidera assorbire”, afferma Rotter. Ma a parte questo, non ci sono specifiche. Il raggio laser non deve avere una forma specifica. E può essere più grave in alcuni punti rispetto ad altri”.

Anche la turbolenza dell’aria o le fluttuazioni di temperatura non possono danneggiare il meccanismo, hanno dimostrato i ricercatori negli esperimenti a Gerusalemme. Di conseguenza, la trappola può avere molti usi.

Ampia gamma di applicazioni

Tra le altre cose, il meccanismo sarà adatto per catturare anche segnali ottici distorti durante la trasmissione attraverso l’atmosfera terrestre. Anche la luce proveniente da sorgenti luminose deboli, come stelle lontane, può essere alimentata in modo ottimale nel rivelatore.

La trappola di luce è stata appena testata in laboratorio: potrebbe volerci del tempo prima che possa essere effettivamente utilizzata nella pratica. Per la prima volta siamo stati in grado di costruire una trappola che cattura perfettamente la luce e non la fa più uscire. Con la limitazione che finora la trappola ha funzionato solo a una frequenza chiaramente definita”, afferma Rotter. Il metodo di Vienna è ideale per questa frequenza, ma non è ancora utilizzabile per la luce solare, che non ha una frequenza ben definita. Quindi Rotter vorrebbe migliorare la trappola per altre frequenze luminose, in studi futuri.