A fénynek van árnyéka? Első hallásra talán ez az egyik leghülyébb kérdés a világon, de a kutatók szerint a válasz erre elég meglepő: bizonyos körülmények között van. Megfelelő elrendezés esetén ugyanis a lézersugár képes blokkolni a fényt, és ezáltal árnyékot vetni. Szóval ezzel egy érdekes kis színest tudtunk meg, ami adott esetben jól jöhet egy vetélkedő műsorban, de ez a felfedezés ennél azért nagyobb jelentőséggel is bír: új technológiai lehetőségek előtt nyithat kaput, ahol az egyik lézersugár irányítja a másikat.

“Korábban elképzelhetetlennek tartottuk, hogy a lézerfény árnyékot vethessen, hiszen a fény általában akadálytalanul halad át más fényen”

– mondta Raphael A. Abrahao, a Brookhaven National Laboratory kutatója.

“Ez az eredmény arra késztet bennünket, hogy újragondoljuk az árnyékokkal kapcsolatos ismereteinket.”

Az Optica tudományos folyóiratban publikált kutatás során rubinkristályt és meghatározott lézerhullámhosszakat használtak annak demonstrálására, hogy a lézersugár valóban látható árnyékot hozhat létre. Ez a jelenség egy nemlineáris optikai folyamatnak köszönhető, amelyben a fény intenzitása befolyásolja az anyaggal való kölcsönhatását, és ezáltal módosít egy másik optikai mezőt. Mint Abrahao hozzátette:

“Az árnyékok megértése mindig is szorosan összefüggött a fény természetének a tanulmányozásával. Ez a felfedezés utat nyithat olyan optikai eszközök fejlesztéséhez, ahol a fény más fényt szabályoz, vagy olyan technológiákhoz, amelyek rendkívüli precizitást igényelnek a fényáteresztés szabályozásában, például nagy teljesítményű lézerek esetében.”

A kísérlet eredetileg egy játékos beszélgetésből indult. A kutatók észrevették, hogy a 3D-s vizualizációs szoftver a lézersugarakat szilárd, árnyékot vető hengerekként ábrázolta. Ez felvetette a kérdést: lehetséges ez a valóságban is? Abrahao és csapata úgy döntött, hogy tesznek vele egy próbát. Az árnyék létrehozásához nagy teljesítményű zöld lézersugarat vezettek át egy rubinkristályon, miközben oldalról kék lézerrel világították meg. A zöld lézer módosította a rubin reakcióját a kék fényre, és látható árnyékot hozott létre a képernyőn. Az így keletkezett sötét terület pontosan követte a zöld lézersugár körvonalait és mozgását, teljesítve ezzel mindent, ami egy árnyéktól elvárható.

Ez a jelenség a nemlineáris optikai abszorpciónak köszönhető: a zöld lézer megnövelte a rubin kék fény elnyelését, így bizonyos területeken csökkentette a kék lézer intenzitását. Az így kialakuló elsötétült terület pediv a zöld lézersugár árnyékaként volt érzékelhető. A kísérletek azt is kimutatták, hogy az árnyék kontrasztja a zöld lézer teljesítményétől függött, és a maximális kontraszt körülbelül 22%-os volt, ami hasonló egy fa árnyékához egy napsütéses napon. Az elméleti modellek egyébként teljesen pontosan előre jelezték ezeket az eredményeket.

(Kép: A kutatók kimutatták, hogy a lézersugár néha úgy viselkedhet, mint egy szilárd tárgy, és árnyékot vethet, amely szabad szemmel is látható. A képen az árnyék vízszintes vonalként jelenik meg, amely átszeli a kék hátteret, forrás: R. A. Abrahao, H. P. N. Morin, J. T. R. Pagé, A. Safari, R. W. Boyd, J. S. Lundeen)