Как в воду глядели: ученые удержали свет в капле воды

Свет, падающий на каплю воды, вызывает эффекты, аналогичные тем, что происходят в атоме. Открытие поможет понять, как работают атомы, пишут исследователи из Университета Гетеборга в новой статье.

Если пошептаться у стены в куполе собора Святого Павла в Лондоне, то можно обнаружить, что звук отражается от стен купола по всему периметру и слышен на противоположной стороне. Именно поэтому купол собора прозвали шепчущей галереей.

Тот же эффект достигается, когда луч света попадает на каплю воды. Лучи света отскакивают от внутренней стенки капли воды, снова и снова проходя по кругу внутри капли. Когда ее окружность становится кратной длине волны света, возникает резонанс, подобно звуку внутри купола собора, заставляя каплю светиться ярче.

Капелька вспыхивает

В наших экспериментах с лазерным излучением мы увидели, что свет задерживается внутри капли воды. Когда капля уменьшается из-за испарения, она, по-видимому, вспыхивает каждый раз, когда ее размер подходит для создания резонанса, — говорит Хавьер Мармолехо, докторант физического факультета Гетеборгского университета, главный автор нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters.

Благодаря технике оптического пинцета, удостоенной, кстати, Нобелевской премии, исследователи могут удерживать каплю воды с помощью лазерных лучей, направленных на нее с двух сторон. Лазерный луч преломляется в капле воды и рассеивается, задерживая свет внутри.

Вы не можете изменить купол собора Святого Павла, но капля воды меняет размер по мере испарения. Исследователи обнаружили, что капля вспыхивает подобно тому, как происходит испускание электрона из атома при освещении светом разной длины волны. Они также смогли использовать аналогию с квантовой механикой, чтобы объяснить, что резонансы — размеры капли, когда рассеяние было наибольшим — соответствуют энергетическим уровням атома. Это делает каплю моделью атома с дополнительным бонусом — ее размер можно изменять. Благодаря этому можно лучше понять, как рассеивается свет, и одновременно построить модель для понимания того, как работают атомы.

Полезно для исследования лекарств

Поскольку капелька воды примерно в 100 000 раз больше атома, мы получаем модель атома, видимого невооруженным глазом, то есть оптический атом, — заявил Хавьер Мармолехо.

Лазерная спектроскопия генерирует данные об энергетических уровнях, связях и структурах в атомах и молекулах. Аналогичным образом спектр рассеянного света от капель воды позволяет получить данные о самих каплях. Это можно использовать для измерения скорости испарения микроскопических капель с высокой точностью, говорят исследователи.

Открытие можно применить не только к воде, но и к другим жидкостям, что будет полезно, например, при изучении аэрозольных капель в ингаляторах, используемых для приема лекарств. Исследователи также отмечают, что данная технология предлагает новый способ анализа качества воды.

Небольшое количество загрязняющих веществ в воде изменяет способ мерцания капель, что открывает возможность быстрого и простого измерения химических или биологических загрязняющих веществ в каплях воды, — заключил Хавьер Мармолехо.

31.01.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса