Jacob Hoover
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Specchio, specchio alla parete, come si mescolano luce e materia dopo tutto?
Gli scienziati sanno da tempo che la luce ha slancio ed esercita forza su qualunque cosa colpisca. Ma poiché questo momento è così piccolo, gli esperimenti non sono stati in grado di osservare esattamente come influenza la materia.
In cerca di risposte, un gruppo internazionale di ricercatori si è rivolto agli specchi in un nuovo studio. "Lo specchio dice sempre la verità", ha scritto Tomaž Požar, l'autore principale dello studio e professore assistente presso il dipartimento di ingegneria meccanica dell'Università di Lubiana in Slovenia, facendo riferimento a "Biancaneve e i sette nani" che egli creato e inviato a. [Cos'è quello? Risposte alle tue domande di fisica]
Anche se Požar e il suo team non hanno avuto una conversazione con lo specchio, hanno ascoltato attentamente come ha reagito quando è stato colpito da un raggio di luce. Hanno collegato sensori acustici, che funzionano in modo simile a un'ecografia medica, a uno specchio dotato di uno scudo termico. (Il riscaldamento può creare onde elastiche che ostacolerebbero il segnale che stavano cercando di studiare: le onde elastiche create dalla quantità di moto.)
Quindi, i ricercatori hanno sparato raggi laser nello specchio e hanno utilizzato i sensori acustici per ascoltare le onde create quando la luce ha colpito la superficie. "È come un colpo di martello prodotto dalla luce", ha detto Požar .
Queste minuscole onde causavano "suoni" o piccoli movimenti tra gli atomi dello specchio. Lo spostamento più piccolo che hanno trovato era di circa 40 femtometri, che è circa quattro volte la dimensione del nucleo di un atomo, ha detto Požar.
Prima di questo esperimento, gli scienziati potevano solo misurare come la luce trasferisse la quantità di moto a un oggetto nel suo insieme, ha detto Požar. Ma questo nuovo metodo ha permesso loro di vedere come questa forza è distribuita in tutto il materiale. E sebbene la ricerca precedente avesse predetto che la luce muove la materia depositando la quantità di moto in diverse onde elastiche, ora ci sono prove sperimentali che lo faccia, ha detto Požar.
Attualmente, gli scienziati hanno una manciata di idee su come lo slancio viene trasferito dalla luce a un materiale, ha detto Požar.
Il fisico scozzese James Clerk Maxwell fu il primo a proporre, nel 1873, che la luce trasporta lo slancio nei suoi campi elettromagnetici. Le sue equazioni insieme ad alcune altre costituiscono la base dell'elettromagnetismo. "Tutti sono d'accordo con le equazioni di Maxwell dell'elettromagnetismo" e le leggi che dicono che la quantità di moto e l'energia sono conservate, ha detto Požar. Ma diversi scienziati hanno le proprie opinioni su come la forza della luce è distribuita nella materia.
Un famoso esempio è la cosiddetta controversia Abraham-Minkowski, un argomento tra il fisico tedesco Max Abraham e il matematico tedesco Hermann Minkowski. Abraham ha suggerito che la quantità di moto di un fotone dovrebbe essere inversamente correlata all '"indice di rifrazione", un numero che descrive come la luce viaggia attraverso un materiale, mentre Minkowski ha suggerito che dovrebbe essere direttamente correlato.
Sebbene il nuovo studio non abbia ancora determinato quale ipotesi fosse corretta, i ricercatori sperano di mettere a punto e utilizzare questa procedura sperimentale in liquidi e altri materiali per capirlo alla fine.
Požar continua nella sua analogia: è Biancaneve o la regina cattiva? "È il formulismo proposto da Abraham? Forse quello suggerito da Minkowski? O è quello di Einstein ... O di uno scienziato ancora anonimo il cui nome apparirà [un] giorno in tutti i libri di testo?"
Già nel 1619, l'astronomo e matematico tedesco Johannes Kepler suggerì che la coda di una cometa sembrava sempre puntare lontano dal sole perché la luce del sole esercitava una pressione su di essa.
La comprensione della fisica alla base dello slancio leggero avrebbe molto probabilmente entusiasmato Kepler, ma avrebbe anche alcune applicazioni pratiche. Ad esempio, le pinzette ottiche potrebbero essere ottimizzate per esercitare la minima forza sui minuscoli oggetti organici che maneggiano. Oppure si potrebbero creare grandi vele solari per navigare attraverso la galassia con l'energia del sole.
I ricercatori hanno riportato i loro risultati il 21 agosto sulla rivista Nature Communications.
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