Wissenschafter vom Technion (Israel) haben beiläufig Kinder beim Seifenblasen beobachtet und dabei ein schon seit Jahren vorhergesagten Verhalten von Licht erstmalig beobachten und einen Weg zur systematisch-wissenschaftlichen Beobachtung finden können: Der “brenched flow” von Licht, der verzweigte Lichtfluß in Kanälen.
Ein Forscherteam vom Technion – Israel Institute of Technology hat zum ersten Mal verzweigte Lichtströme beobachtet. Die Ergebnisse wurden in der angesehenen wissenschaftlichen Zeitschrift Nature veröffentlicht und auf dem Cover der Ausgabe vom 2. Juli 2020 präsentiert.
“Die Studie wurde von dem Doktoranden Anatoly (Tolik) Patsyk in Zusammenarbeit mit Miguel A. Bandres durchgeführt, der zu Beginn des Projekts ein Postdoc-Stipendiat am Technion war und jetzt Assistenzprofessor am CREOL, College of Optics and Photonics, University of Central Florida, ist.”, wie das Technion in seiner Pressemitteilung ausführt.
Und weiter: “Die Forschungsarbeiten wurden von Technion-Präsident Prof. Uri Sivan und dem Distinguished Prof. Mordechai (Moti) Segev von den Fakultäten für Physik und Elektrotechnik des Technion, dem Solid State Institute und dem Russell Berrie Nanotechnology Institute geleitet.
Wenn Wellen durch Landschaften wandern, die Störungen enthalten, streuen sie sich natürlich, oft in alle Richtungen. Die Streuung von Licht ist ein natürliches Phänomen, das an vielen Orten in der Natur zu finden ist. Zum Beispiel ist die Streuung des Lichts der Grund für die blaue Farbe des Himmels.
Wie sich herausstellt, streut die Welle auf ungewöhnliche Weise, wenn die Länge, über die die Störungen variieren, viel größer ist als die Wellenlänge: Es bilden sich Art von Kanälen (Zweige) mit erhöhter Intensität, die sich wieder weiter teilen oder verzweigen, während sich die Welle ausbreitet.
Dieses Phänomen wird als verzweigter Fluss (“brenched flow”, Anm. Red.) bezeichnet. Es wurde erstmals im Jahr 2001 bei Elektronen beobachtet und es wurde angenommen, dass es allgegenwärtig ist und auch bei allen Wellen in der Natur auftritt, zum Beispiel bei Schallwellen und sogar bei Meereswellen. Jetzt bringen Technion-Forscher den verzweigten Fluss in die Domäne des Lichts: Sie haben den verzweigten Fluss des Lichts experimentell beobachtet.”, wobei der Zufall half auf die richtige Spur zu kommen bei der eher zufälligen “Beobachtung” von mit Seifenblasen spielenden Kindern, wie die Times of Israel berichtet.
“Wir hatten immer die Absicht, etwas Neues zu finden, und wir waren begierig darauf, es zu finden. Es war nicht das, was wir zu suchen begannen, aber wir suchten weiter und fanden etwas viel Besseres“, sagt Asst. Prof. Miguel Bandres. “Wir sind mit der Tatsache vertraut, dass sich Wellen ausbreiten, wenn sie sich in einem homogenen Medium ausbreiten. Aber für andere Arten von Medien können sich Wellen sehr unterschiedlich verhalten. Wenn wir ein ungeordnetes Medium haben, in dem die Variationen nicht zufällig, sondern glatt sind, wie in einer Landschaft mit Bergen und Tälern, werden sich die Wellen auf eigentümliche Weise ausbreiten. Sie werden Kanäle bilden, die sich bei der Ausbreitung der Welle immer wieder teilen und ein schönes Muster bilden, das den Ästen eines Baumes ähnelt“., so Bandres.
Und Technion führt weiter aus: “In ihrer Forschung koppelte das Team einen Laserstrahl an eine Seifenmembran, die zufällige Variationen der Membrandicke enthält. Sie entdeckten, dass das Licht, wenn es sich innerhalb der Seifenschicht ausbreitet, statt gestreut zu werden, längliche Äste bildet, wodurch das Phänomen des verzweigten Lichtflusses entsteht.”
Die Seife und das Licht- die Überraschung der Natur
“In der Optik arbeiten wir in der Regel hart daran, dass das Licht fokussiert bleibt und sich als kollimierter Strahl ausbreitet, aber hier ist die Überraschung, dass die zufällige Struktur des Seifenfilms das Licht natürlich fokussiert bleiben lässt. Das ist eine weitere Überraschung der Natur“, sagt Tolik Patsyk.
Die Fähigkeit, verzweigte Strömungen im Bereich der Optik zu erzeugen, bietet neue und aufregende Möglichkeiten, dieses universelle Wellenphänomen zu untersuchen und zu verstehen. Und Bandres führt Beispielse aus: “Nun, mit dieser Feststellung fallen uns eine Fülle von neuen Ideen ein. Zum Beispiel die Verwendung dieser Lichtzweige, um den Flüssigkeitsstrom in der Flüssigkeit zu steuern oder um die Seife mit fluoreszierendem Material zu kombinieren und die Zweige zu kleinen Lasern zu machen. Oder die Seifenmembranen als Plattform für die Erforschung der Grundlagen von Wellen zu verwenden, wie zum Beispiel die Übergänge von der gewöhnlichen Streuung, die immer diffus ist, zur verzweigten Strömung und anschließend zur Anderson-Lokalisierung. Es gibt viele Möglichkeiten, diese bahnbrechende Studie fortzusetzen. Wie wir es in der Vergangenheit schon oft getan haben, möchten wir mutig dorthin gehen, wo noch niemand zuvor gewesen ist”.”
Quelle/Sender (gekürzt): Technion
Blog 'VonNaftali' 