Nähtamatuks tegev mantel teeb varjatust hoopis elektromagnetilise majaka

 (5)
Nähtamatuks tegev mantel teeb varjatust hoopis elektromagnetilise majaka
Ekraanitõmmis videost

Ameerika teadlaste töörühm avaldas arXiv.org eeltrükiserveris artikli, mille järgi võib nähtamatuks tegev mantel eseme muuta hoopis elektromagnetkiirgust pillavaks majakaks.

Rakendust leidnud varjestustehnoloogiad on mõeldud kindla sagedusega kiirguse blokeerimiseks. Hiljutine uurimus näitas, et integreerides üle kogu elektromagnetspektri on varjesti kombineeritud hajumine alati suurem kui varjestamata originaalil: ese muutub nähtavaks enamatel sagedustel. Töörühm esitas probleemile kaks lahendust: esiteks passiivne variant, mis kätkeb ülijuhtivaid materjale, teiseks aktiivne vairant, mis kätkeb metamaterjale.

Nähtamatuks tegeva rõivastuse idee ulatub Antiik-Kreekasse. Allmaa jumalal, peajumala Zeusi vennal Hadesel oli kiiver, mille kandja muutus nähtamatuks. Hadese kiivri mõju all tappis Mükeene kangelane Perseus kurikuulsa Meduusa.

Varjamissoovil on ka ebaisikulised väljundid. Näiteks sobiks sülearvuti sisemusse hästi varjesti, mis peidaks soojustundlikud komponendid soojuskiirguse eest. Enim kõneainet on aga pakkunud inimsilma eest peitev mantel. Lahendusi on nii teoreetilisi kui praktilisi, viimased neist töötavad vaid kindlas valguse sagedusvahemikus.

Seotud lood:

Üks lubavamaid varjestustehnoloogiad põhineb metamaterjalidel. Metamaterjal on inimese loodud materjal, millel on füüsikalisi omadusi, mida looduses ei leidu. Näiteks on hulk metamaterjale, millel on negatiivne murdumisnäitaja. See tähendab et valgus murdub harjumuspärasest hoopis vastassuunas. 2006. aastal sooritati katse, mille käigus varjestati edukalt objekt mikrolainete eest.

Texase Austini ülikooli teadlase Andrea Alù ning tema kolleegi Francesco Monticone järgi on aga enamik kaasaegsetest varjestamistehnoloogiatest, nende hulgas nn. koordinaatpöördevarjestid ja plasmoonilised keebid fundamentaalselt põhjuslikkusest ning passiivsusest piiratud kasutuskõlblikkusega. Iseäranis, kui vaadelda varjesti kostet kogu elektromagnetlainete spektri ulatuses.

„See tähendab, et kui varjestit laia spektriga impulsiga ergastada, näeks vaatleja seda tegelikult paremini kui varjestamata olekus,“ ütles Alù. Teadlased arutlesid, et lisaks probleemi teaduslikule väärtusele on lõppeks oluline, et kindla sageduse eest varjestatud ese ei muutuks ülejäänud sageduste ulatuses selgelt nähtavaks, olgu lahinguväljal või laboris.

Foto: Alù et al., Phys. Rev. X

arXiv.org serveris avaldatud töös vaatles teadlastepaar kolme erinevat passiivvarjestit: plasmoonilist varjestit, mantelvarjestit ning optilise spektri transformatsioonivarjestit (loe lisa siit). Enim kiirgust hajus plasmoonilisest varjestist, järgnesid mantelvarjesti ning optilise spektri transformatsioonivarjesti. Üldiselt järeldati, et kõik kolm meetodit põhjustasid kogu katsetes kasutatud elektromagnetspektri ulatuses eseme summaarselt parema nähtavuse.

Lahendusena esitas töörühm mitu erinevat võimalikku laiaulatusliku hajumise probleemi lahendust. Esimene neist on passiivne ning kasutab vastavalt varjestatava eseme geomeetriale lõigatud diamagneetilist või ülijuhtivat korpust, mis vähendab hajumist 25 % ulatuses. Korpus on staatilistele magnetväljadele pea läbimatu (magnetiline läbitavus on nullilähedane).

Teine, aktiivne lahendus kätkeb ümber eseme täpselt paigutatud elektriliselt võimendusega metamaterjale. Praegustel varjestustehnoloogia passiivkomponentidel on fundamentaalne sagedushajutamise piirang, mida kirjeldab Fosteri reaktiivtakistusprobleem (Fosters reactance problem): passiivkomponendi pinna impedants kasvab monotoonse funktsioonina langeva kiirguse sagedusest. See põhjustab kitsa ribalausega varjestuse ning avardab hajumise enamatele sagedustele. Töörühm usub, et lisades metamaterjalist varjestusele operatsioonivõimended, peaks Fosteri seos olema murtav. Teisisõnu usuvad nad, et on võimalik luua passiivkomponendi pinnaimpedants, mis sageduse kasvades hoopis väheneb.

Nagu korralikule teadustööle ikka, leidub Alù ning Monticote tööle kriitikat. „Arvan, et artikkel küsib valesid küsimusi,“ ütles Inglismaa St. Andrews’i Ülikooli füüsik Ulf Leonhardt. Leonhardti põhjendas, et ideaalne varjestamine on füüsikaliselt võimatu, mistõttu on nn. vaatevälja sageduslik piiramine piisav lahendus. Hüpoteetiliselt täiuslik varjestusmantel tähendaks, et valgus peaks kõikidel sagedustel liikuma lõpmatu kiirusega, sest valgus peaks ühe ja sama ajaga jõudma punktist A punkti B kaht trajektoori pidi: ümber eseme ning läbi eseme. Ent need trajektoorid ei ole ühepikad.

Ebatäiusliku varjesti korral võtab valguse jõudmine ümber eseme rohkem aega kui otse minnes. Leonhardti arvates ei suuda seda väikest ajanihet mõõta miski peale väga täpse teadusinstrumendi. „Hajumisanalüüsis, nagu kirjeldatavas teadustööski, vaadeldakse elektromagnetlainete levikut nii varjestatud eseme ümber kui ka vabas ruumis. Viimane neist on kontrollkatse. Alù ning Monticote väidavad, et esimesel juhul liigub valgus oluliselt kauem ning ajaline nihe on rängalt suur. See on andmeanalüüsi viga. Praktiliselt ei ole nihe kuigi adutav.“

Allikas: Physicsworld.com