Wil je iets vastleggen dat met de snelheid van het licht gaat? Dan heb je een camera nodig die nóg sneller is. Met een nieuwe techniek is de eerste real-time opname gemaakt van een fotonische schokgolf – een soort supersonische schokgolf van licht.
‘Onze camera verschilt van een gewone camera waarbij je een momentopname maakt in één afbeelding: onze camera legt alle afbeeldingen van een dynamische gebeurtenis vast in een enkele momentopname. Dan reconstrueren we ze een voor een’, zegt Jinyang Liang van Washington University.
De techniek, genaamd lossless-encoding compressed ultrafast photography (LLE-CUP), vangt honderd miljard frames per seconde. Hierdoor kan een real-time video gemaakt worden van het verstrooien van licht met een enkele momentopname.
Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’
Dylan van Arneman verruilt een paar keer per jaar zijn werkkamer op het Science Park in de Watergraafsmeer voor de ondergrond ...
Sneller dan het licht
Einsteins relativiteitstheorie verbiedt alles wat sneller dan het licht reist. Dus Liang en zijn collega’s gebruikten een trucje om een lichtbundel die zijn eigen snelheidslimiet doorbreekt na te bootsen.
Ze schoten een laserstraal door een tunnel gevuld met mist van droogijs met aan weerszijden silicone rubberen panelen. Omdat licht langzamer beweegt door silicone dan door lucht, vormt er een kegelvormige schokgolf achter de laserpuls. Zo’n kegelvormige schokgolf ontstaat ook wanneer een straaljager de geluidsbarrière doorbreekt.
Ultrasnelle fotografie wordt al gebruikt in de geneeskunde en bij het onderzoeken van licht. Normaal gesproken zijn er meerdere opnames nodig. Dat betekent dat de gebeurtenis die vastgelegd wordt, herhaalbaar moet zijn. Dat is niet altijd mogelijk.
Door de hele gebeurtenis in één keer vast te leggen, voorkomt het LLE-CUP-systeem dit probleem. Bovendien geeft het onderzoekers de mogelijkheid om eventuele extra verstrooiing van het licht, dat de afbeelding zou vervormen, te analyseren.
Wow-factor
‘Het probleem van beeldvorming voor biomedisch onderzoek is dat weefsel licht verstrooit – anders zouden we transparant zijn – zodat de informatie die het licht bevat afneemt’, zegt Bruce Tromberg, hoogleraar chirurgie en biomedische technologie aan de universiteit van Californië. Met LLE-CUP kunnen we de verstrooiing afkomstig van weefsel waar we niet in geïnteresseerd zijn scheiden en de interactie van het licht met bepaalde cellen isoleren.
Het systeem kan gebruikt worden voor camera’s, microscopen en zelfs telescopen, zegt Liang. Het kan helpen met het detecteren van het allerkleinste, zoals vurende neuronen of kankercellen, en het allergrootste, zoals veranderingen in het licht dat afkomstig is van een supernova. ‘De nieuwe techniek heeft een erg groot ‘wow-factor’, zegt Tromberg.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: