Το φως μετατρέπεται σε λαμπρό υγρό

Από την σελίδα του NewScientist, 7 Ιουλίου 2002

Το φως μπορεί να μετατραπεί σε ένα λαμπρό ρεύμα υγρού που μπορεί να χωρίζεται σε σταγόνες και να πιτσιλίζει  τις επιφάνειες ακριβώς όπως το νερό. Οι ερευνητές που σκέφθηκαν πως να το κάνουν αυτό λένε ότι το "υγρό φως" θα ήταν η ιδανική πηγή ενέργειας για το οπτικό κομπιούτερ, όπου τα τσιπ στέλνουν φως  από τα οπτικά "κυκλώματα" στα υπόλοιπα στοιχεία υπολογισμών.

Το υγρό φως είναι μια αντίφαση, επειδή οι τρεις φάσεις - αέριο, υγρό και στερεό - συνήθως ισχύουν μόνο για την ατομική ύλη. Αν και οι ερευνητές μιλούν μερικές φορές για μια ακτίνα φωτός σαν να είναι ένα αέριο, επειδή τα φωτόνια κινούνται γύρω τυχαία μέσα στην ακτίνα και μπορούν να ασκήσουν πίεση λόγω της ορμής τους, αυτό δεν σημαίνει συνήθως ότι ισχύει και στην πραγματικότητα - μέχρι τώρα τουλάχιστον.

Μπορείτε πραγματικά να σκεφτείτε το φως σαν ένα αέριο, λέει η ομάδα του Humberto Michinel στο Πανεπιστήμιο του Vigo στην Ourense. Και όπως οποιοδήποτε αέριο, κι αυτό μπορεί να γίνει όταν συμπυκνωθεί ένα υγρό.

Οι ερευνητές που έχουν εργαστεί στα "μη γραμμικά" υλικά, τα οποία καθυστερούν το φως κατά ένα ποσό που εξαρτάται από την ένταση της ακτίνας παρά με ένα σταθερό ποσό, όπως συμβαίνει στο νερό ή το γυαλί. Στα περισσότερα μη γραμμικά υλικά, όσο ποιο έντονο είναι το φως, τόσο περισσότερο αυτό επιβραδύνεται. Αυτός σημαίνει ότι το εσωτερικό μιας ακτίνας επιβραδύνεται περισσότερο από το εξωτερικό, σαν να περνούσε μέσω ενός κυρτού φακού, και η ακτίνα τότε θα εστιάζεται σε ένα σημείο, κατά κύριο λόγο, παρά θα μπορεί να διαβιβάζεται, όταν κάποιος θα το θελήσει μέσα σε έναν οπτικό υπολογιστή.

Αλλά αυτό δεν είναι απαραίτητο να συμβεί, αναγνωρίζει ο Michinel. Εάν έχετε ένα υλικό στο οποίο το φως επιβραδύνεται λιγότερο όταν η ένταση της ακτίνας του φωτός γίνεται αρκετά υψηλή, τότε μια ακτίνα λέιζερ υψηλής ενέργειας θα μπορούσε να συγκεντρωθεί  στη θέση του σε μια σφιχτή στήλη. Αυτή η στήλη συμπεριφέρεται ακριβώς όπως ένα υγρό, λέει το μέλος ομάδας στο Πανεπιστήμιο του Santiago de Compostela στην Ισπανία, Jose Ramon Salguiero .

Δηλαδή όπως ισχυρίζονται οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Vigo μπορεί κανείς να προσομοιάσει το φως με ένα αέριο, με τα φωτόνια να παίζουν το ρόλο της μοριακής ύλης. Φανταστείτε μια ακτίνα φωτός ως ένα συμπαγή κώνο φωτονίων, τότε τα φωτόνια στο εσωτερικό του κώνου επιβραδύνονται περισσότερο από ότι εκείνα στα εξωτερικά στρώματα του κώνου.

Έχουν ασχοληθεί με τη μελέτη και έρευνα «μη γραμμικών» υλικών, τα οποία έχουν την ιδιότητα να επιβραδύνουν την ταχύτητα μιας δέσμης φωτός με ρυθμό ανάλογο της έντασης της ακτίνας φωτός.

Εάν όμως χρησιμοποιηθεί ένα υλικό που μπορεί να επιτύχει επιβράδυνση του φωτός αντιστρόφως ανάλογη της έντασης του, τότε μια ακτίνα υψηλού ενεργειακού φορτίου (laser) θα μπορούσε να συγκεντρωθεί υπό τη μορφή κυλίνδρου.

Θρυμματισμένες σταγόνες

Οι ερευνητές πραγματοποίησαν προσομοιώσεις μοντέλων σε υπολογιστές, αυτό που θα συνέβαινε σε ένα φωτεινό παλμό συγκεντρωμένον κατ' αυτό τον τρόπο. Έδειξαν ότι ο παλμός είχε ένα είδος επιφανειακής τάσης, που καθιστά ελαστικό το εξωτερικό του, και ότι θα καταστρεφόταν θρυμματιζόταν σε μικρότερες σταγόνες, όταν θα αναπηδούσε από μια επιφάνεια, ακριβώς όπως ένα υγρό.

Άλλοι ερευνητές δεν είναι πεπεισμένοι, πάντως. "Το όνομα προκαλεί την προσοχή και  είναι μια έξυπνη ιδέα, αλλά δεν είμαι βέβαιος ότι πρόκειται πραγματικά να αλλάξει τα πράγματα," λέει ο Δημήτρης Χριστοδουλίδης στο Πανεπιστήμιο Lehigh στη Βηθλεέμ της Πενσυλβανίας, μέλος μιας ανταγωνιστικής ομάδας που εργάζεται επίσης στα μη γραμμικά υλικά 

Ένα πρόβλημα είναι εάν το υλικό που ο Michinel θέλει να χρησιμοποιήσει για να δοκιμάσει τις προβλέψεις του, θα υπάρχει μέχρι την εργασία. Ο Michinel υπολογίζει σε ένα γυαλί "chalcogenide", που γίνεται από τον Frédéric Smektala και τους συνάδελφους του στο Πανεπιστήμιο Rennes στη Γαλλία είναι το σωστό  για την παραγωγή του υγρού φωτός. Αλλά ο Χριστοδουλίδης λέει ότι το υλικό θα έπρεπε να αλληλεπιδράσει τόσο έντονα με το φως που τα σταγονίδια θα απορροφώνταν πιθανώς προτού να μπορέσουν να πάνε οπουδήποτε

Αλλά εάν οι ερευνητές μπορούν να φτιάξουν το υγρό φως, οι σταγόνες της ουσίας θα μπορούσαν να σχηματίσουν την καρδιά ενός οπτικού υπολογιστή. Η ταχύτητα των επεξεργαστών από πυρίτιο περιορίζεται από το ρυθμό στον οποίο τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τα κυκλώματα. Ένας όμως οπτικός υπολογιστής βασισμένος στα φωτόνια θα ήταν πολύ γρηγορότερος, αλλά είναι δύσκολο να αναπηδηθεί το φως τριγύρω χωρίς η ακτίνα να ξεφύγει και να εξαφανιστούν οι πληροφορίες. "Οι υγρές σταγόνες είναι άριστοι υποψήφιοι για να είναι bits πληροφοριών", λέει ο Michinel. 

Αλλά ο Χριστοδουλίδης θεωρεί ότι η προσέγγισή του είναι ένα καλύτερο στοίχημα: ρυθμίζοντας το σχέδιο των οπτικών διαβάσεων έτσι ώστε αυτές να χειρίζονται τους παλμούς του συνηθισμένου φωτός καλύτερα. "Οι παλμοί είναι ιδιαίτερα αντικείμενα και μπορείτε να κάνετε ψηφιακές εργασίες με αυτά", λέει. "Ένα υγρό μπορεί να καταλήξει οπουδήποτε και να είναι αρκετά απρόβλεπτο."

Περιοδικό αναφοράς: Physical Review E (vol 65, p 066604)