Rahvusvaheline teadlasterühm mõõtis samaaegselt esmakordselt füüsika ajaloos helilainete impulsimomendi ning pöördemomendi. Leiti, et see suhe on selges kooskõlas heli- ja optiliste lainete teoorias ennustatuga. Teadlaste sõnul võib nende meetodist olla kasu ka meditsiini-pilditehnikas ning ravis.
Uurimuses kasutatud keeruline ultrahelilainete spiraalne ehitus.
Optika ning akustika üks põhiprintsiipe ütleb, et lained kannavad impulssi ning võivad seega kehadele jõuga mõjuda. Sama oluline on ka see, et neil on impulsimoment ning et need avaldavad pöördemomenti. Nende suuruste – lükke ja pöörde – suhe on lainetefüüsikas oluline ning seda on juba kaua iseenesestmõistetavalt võetud ilma selle kehtivuse otsese eksperimentaalse tõestuseta, kirjutab Physicsworld.com.
Kiirgusrõhu ideed on optikas alati uuritud ning kasutatud – näiteks on see alusideeks nn optilistele pintsettidele, mille abil saab haarata ning manipuleerida mikroskoopilisi objekte nii mikrobioloogias kui nanotehnoloogias. Valguskiire jõud on võrdne selle võimsuse ja valguse kiiruse jagatisega. Selle pöördemoment on võrdeline kiirgusrõhuga, mis sõltub heli- ja optiliste lainete muutuvatest omadustest. Kuna valguse kiirus on erakordselt suur, siis on valguse poolt avaldatav jõud ning pöördemoment väga väikesed ning seega rasked mõõta. Et olukorda veelgi keerulisemaks teha, siis ei suuda teadlased päris täpselt määrata, kui hästi objekt valguskiire lineaarset ning nurkimpulssi neelab, mistõttu jõu ning pöördemomendi arvutamine on keeruline.
Katseseade.
Neil põhjustel pole keegi siiani mõõtnud kehale valguskiire poolt mõjuvat jõudu ja pöördemomenti. Õnneks kehtivad samad valemid aga ka akustikas, kus valguse kiirus asendatakse palju väiksemaga – heli kiirusega. Sama võimsusega helikiir põhjustab seega nii tugevama lükke kui ja pöörde, muutes nendevahelise suhte mõõtmise lihtsamaks.
Ultraheli füüsik Christine Demore, biofotoonika uurija Mike MacDonald, Gabriel Spalding ning teised panid oma katses kummist litri vette hõljuma, pommitades seda keeriselise ultraheli kiirega – keritud pooli sarnase heliga, millel on veidi DNA kaksikahelaga sarnanev kuju. Katse tulemuseks oli impulsimomendi ja pöördemomendi suhte eksperimentaalne mõõtmine ja antud põhiprintsiibi katseline kinnitamine. Nagu oodatud, leidsid teadlased, et litrile avaldatava jõu ning pöördemomendi suhe võrdub lõikuvate heeliksite arvuga lainepikkuse kohta.
,,Artikli oluliseks osaks on see, et me demonstreerisime seda suhet” selgitas MacDonald. ,,Edusamm, mida me selle tulemuseni jõudmiseks pidime saavutama, on suur kontroll ultrahelilainete üle – see polnud varem võimalik.” Demore lisas, et fokusseeritud ultraheli väljaarendamisel on ka teadustööst kaugemaid rakendusi. ,,Leidub ju terve ala, kus töötatakse välja ultraheli seadmeid, mille abil mitteinvasiivselt kasvajaid hävitada,” lisas ta. Lisaks on olemas ka projekt, milles töötatakse välja sonopintsette, mis põhinevad küll optilistel pintsettidel kuid suudavad liigutada suuremaid ja raskemaid objekte.
Artikkel peaks ilmuma lähiajal teadusajakirjas Physical Review Letters.
Leave a Reply