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变换光学应用潜力:一种可让光弯曲的新材料问世

导读: 物理学家们可以用粒子加速器撞出普通的和罕见的粒子,它们是构成物质的最小组分,肉眼根本看不见,因此要确定碰撞产生了哪些粒子并不容易。但现在,借助瑞典和比利时的联合研究团队设计的一种可让光弯曲的新材料,区分这些粒子变得简单了许多。

   物理学家们可以用粒子加速器撞出普通的和罕见的粒子,它们是构成物质的最小组分,肉眼根本看不见,因此要确定碰撞产生了哪些粒子并不容易。但现在,借助瑞典和比利时的联合研究团队设计的一种可让光弯曲的新材料,区分这些粒子变得简单了许多。

  要识别碰撞产生的粒子,研究人员需要探测光锥,也被称为切伦科夫辐射,当一个粒子在透明材料中移动的速度超过光速时,就会产生这种光学现象。虽然在真空中,光的传播速度最快,但在介质中,粒子却有可能跑在光的前面。切伦科夫光锥的角度,即其明锐度,可帮助粒子物理学家测量粒子的速度,从而确定粒子的种类。

  但问题是,光锥的角度有限——所有具有高动量(质量×速度)的粒子,其产生的光锥的角度都是相同的。据物理学家组织网10月16日报道,为此,查尔姆斯理工大学的菲利普·塔辛和布鲁塞尔自由大学的同行一起设计了一种材料,可以控制切伦科夫光锥,让高动量粒子的光锥角度各不相同,从而能够有效地分离这些粒子并确认它们的“身份”。这项成果发表在本周出版的《物理评论快报》杂志上。

  用来设计新材料的方法被称为变换光学,这是一个相当新的研究领域。由于材料折射率的变化会影响光的传播路径,科学家们可以通过仔细计算来控制材料的属性,使光线经过材料时发生弯曲,从而与以往有不一样的表现。在塔辛团队开发的新材料中,切伦科夫辐射被朝着两个不同的方向拉伸,光锥也因此具有了不同的角度。

  这项研究也展示了变换光学的更多应用潜力。塔辛说:“到目前为止,变换光学主要涉及改变光线通过材料的路径。现在我们证明了,影响光的产生也是可能的。我们已经解决了高动量粒子的切伦科夫光锥问题,这就是一个例证。”

  变换光学也可用来设计能够非常有效的聚光或者吸收光的材料,这将推动太阳能技术的发展;还可设计其他材料,用于模拟宇宙现象的研究,比如黑洞。

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