Новый эффект Доплера позволит следить за вращением плазмы и молекул

Новый эффект Доплера позволит следить за вращением плазмы и молекул

Исследователи из Германии и Великобритании впервые экспериментально зарегистрировали вращательный доплеровский сдвиг в нелинейном оптическом режиме. Ученые полагают, что их наблюдения помогут создать методы, с высокой точностью определяющие характеристики вращения молекул, жидкостей и плазмы, а также исследовать магнитные и оптические свойства различных материалов. Работа опубликована в журнале Nature Physics. 

Эффект Доплера – изменение видимой частоты излучения при движении источника, наблюдателя или среды по сравнению с собственной частотой источника (то есть в системе отсчета, в которой он покоится). Из-за этого эффекта, например, звук приближающейся к нам машины кажется выше, а удаляющейся - ниже.

Эффект активно применяется в самых разнообразных прикладных задачах: от измерения скоростей движения астрономических объектов до исследования свойств жидкостей, турбулентных потоков и отдельных молекул, также он используется для более точного определения координат в глобальных системах позиционирования.

Явление может наблюдаться не только при поступательном движении среды или источника, но и при вращательном. Например, если смотреть на светящийся шар под углом к оси его вращения, некоторые его части будут удаляться от наблюдателя, а другие, наоборот, приближаться. В результате цвет одной стороны шара сместится в более красную область, а другой – в более фиолетовую. Это явление используют, например, для наблюдения за вращением астрономических объектов. Однако, такое «цветовое смещение» вращающихся тел также является проявлением поступательного эффекта Доплера.  

Вращательный эффект Доплера проявляется по-другому. Если наблюдатель «смотрит»  вдоль оси вращения объекта, расстояние между ним и разными точками объекта не меняется, а значит детектировать такое вращение за счет поступательного эффекта не получится. Но это ограничение ученые смогли обойти для случая световых волн с круговой поляризацией (или с циркулярной) – «закрученных» фотонов.

Поляризация при облучении светом связана с воздействием электрической части световой волны на вещество. В линейной оптике зависимость между вектором поляризации P вещества и электрической напряженностью Е падающей световой волны считается линейной. Однако при высокой интенсивности падающей волны она может начать отклонятся от линейного поведения. Возникающие в таком случае эффекты изучаются в нелинейной оптике. К ним, например, относится рассмотренная в данной статье генерация второй гармоники – явление рождения вторичной волны удвоенной частоты при взаимодействии света с веществом.

В более ранних работах по вращательному эффекту Доплера, явление наблюдали при взаимодействии «закрученных» фотонов с различными объектами в линейном оптическом режиме. Однако теоретически предсказано, что для нелинейного случая доплеровский сдвиг должен быть сильнее – добавка составляет трехкратную частоту вращения диска (для процесса генерации второй гармоники) по сравнению с двукратной для линейного режима. Таким образом, чувствительность такого метода может быть гораздо выше линейного аналога.

Авторы новой работы смогли впервые экспериментально доказать, что вращательный эффект Доплера существует и в нелинейной оптике. Причем количественные предсказания для этого явления также оказались верны.

Ученые поместили вращающиеся диски из бората бария

N+1

Похожие новости:
Зарегистрирован эффект Доплера у вращающихся тел
Физики из Великобритании продемонстрировали эффект Доплера при отражении света от вращающегося объекта. Причем ось вращения может быть параллельна направлению падающих лучей света. Ключевую роль в явлении играет орбитальный угловой момент, или закрученность света. Подробности приведены в журнале ..
2013-08-2 1840 0 Научные открытия
-1
Открыт новый класс "нобелевских" материалов
Ученые обнаружили новый класс материалов, демонстрирующих гигантское магнетосопротивление (ГМС). Статья ученых появилась в журнале Angewandte Chemie International Edition, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе на сайте Национального института материаловедения. Эффект гигантского магнетосопротивления заключается в резком ..
2012-08-29 1318 0 Научные открытия
0
Поставлен рекорд по разогреву плазмы микроволнами
Учёные Института ядерной физики Сибирского отделения РАН установили рекорд по разогреву плазмы в газодинамической ловушке. Физикам удалось достичь температуры в 4,5 миллиона градусов.  Специалисты новосибирского научного центра для разогрева плазмы использовали газодинамическую ловушку ГДЛ, построенную в 1986 году, ..
2013-12-6 1331 0 Научные открытия
0
Ученые укрепят магнитный щит Земли
В Лос-Аламосской национальной лаборатории на суперкомпьютере Cray XT5 Jaguar проводят самое масштабное в истории науки моделирование столкновения солнечной плазмы с магнитосферой Земли. Мощная турбулентность, вызванная ударом магнитной плазмы, может нанести огромный ущерб мировой экономике и привести к гибели ..
2012-02-19 2098 0 Научные открытия
0
Физики приблизили мир к промышленному термояду
Учёным Института ядерной физики (ИЯФ) Сибирского отделения РАН удалось разогреть термоядерную плазму до рекордной электронной температуры 400 электрон-вольт (4 499 726,85 градусов Цельсия). Это достижение – важный результат на пути к термоядерной энергетике, подтверждающий возможность создания нейтронных генераторов ..
2013-12-6 1592 0 Научные открытия
0
Российские физики «научили» сверхпроводники управлять магнитным полем
Сверхпроводимость, которая почти несовместима с магнитным полем, может при определенных условиях способствовать его распространению, выяснили российские ученые. Устройства на базе этого эффекта могут приблизить эпоху компьютеров будущего — спинтронных вычислительных машин. Результаты исследования опубликованы в журнале ..
2015-10-05 1345 0 Научные открытия
0
Физики придумали способ стабилизации плазменных филаментов
Физики придумали способ стабилизации плазменных филаментов - относительно недавно открытых объектов с большим потенциалом использования в различных прикладных областях. Статьяисследователей появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Американского физического общества. В физике ..
2012-09-18 1777 0 Научные открытия
0
Американцы воссоздали в лаборатории шаровую молнию
Американские учёные разработали эффективный способ создать подобие шаровой молнии в лаборатории, передаёт телерадиокомпания BBC. Группа сотрудников Академии военно-воздушных сил США в штате Колорадо научилась выделять светящиеся облака плазмы из специального раствора и поддерживать их на протяжении почти полсекунды. В ..
2013-08-21 1625 1 Научные открытия
0
Американские физики количественно описали магнитное пересоединение плазмы
В последние дни всеобщее внимание привлекла серия мощных вспышек на Солнце и последовавшие за ней магнитные бури на Земле. За все эти события отвечает магнитное пересоединение плазмы — процесс перераспределения магнитных полей, приводящий к значительным выбросам энергии. В своей недавней работе ..
2017-09-19 12852 0 Научные открытия
0
Сверхбыстрый лазер раскроет секреты ультрафиолета
Новый лазер, способен просканировать образец сто тысяч раз в секунду, чтобы помочь ученым понять, как солнечный свет вызывает рак кожи. Центральная лазерная установка в Великобритании (КТМ) в Харуэлле получила грант на модернизацию £ 800 000. Новая установка будет иметь уникальную ..
2013-12-24 1206 0 Научные открытия
0
Большой адронный коллайдер поставил новый рекорд энергии
Инженеры и физики Большого адронного коллайдера (БАК) провели успешный эксперимент по столкновению положительно заряженных частиц с рекордным уровнем энергии 5,02 тераэлектронвольт на каждый нуклон ядра. Достигнутая энергия в два раза превысила предыдущий «рекордный» результат. Суммарная энергия ..
2015-11-28 7172 0 Научные открытия
-1
Точная оценка числа Авогадро поможет дать новое определение килограмма
Международный коллектив ученых предложил усредненное значение числа Авогадро, рассчитанное на основе их предыдущих экспериментов. Поскольку это число связано со многими важными константами физики, оно имеет большое значение для нового определения понятия килограмма, которое планируют представить в 2018 ..
2015-07-15 6135 0 Научные открытия
0
Физики управляли квантовой симметрией двухслойного графена
Ученые из США, Канады и Японии наблюдали дробный квантовый эффект Холла в двухслойном графене и показали возможность управления свойствами такого материала действием электрического поля. Свое исследование авторы опубликовали в статье в журнале Science. Физикам удалось при помощи электрического ..
2014-07-04 1316 0 Научные открытия
0
Ученые установили новый рекорд в квантовой телепортации
Ученым удалось добиться новых успехов в области квантовой телепортации. Исследователи смогли преуспеть в передаче через оптоволоконный кабель квантового состояния частиц света (фотонов) на расстояние 25 км. Эксперимент был основан на квантово-запутанных частицах — так называют квантовые объекты, которые ..
2014-12-11 2012 0 Научные открытия
0
NASA сняло на видео солнечный торнадо
Космическое агентство NASA опубликовало видеокадры мощного солнечного торнадо. Высота столбов плазмы достигала 200 тысяч километров — это примерно пять планет размером с Землю. Уникальное явление произошло в сентябре прошлого года. Газ, раскалившийся до двух миллионов градусов ..
2012-03-30 1593 0 Научные открытия
0