Nähtamatuks tegev mantel töötab, juhtides valguse objekti ümbert mööda – just nagu vesi voolab jões ümber sileda kivi. Takistuseks on see, et kõrvale juhitud valgusel kulub objektist möödumiseks rohkem aega kui kõrval asunud sirgjooneliselt liikunud valguskiirtel – selline viivitus võib vaatlejale varjatud objektist märku anda. Selle probleemi lahendamiseks tuleb ehitada mantel, milles kõrvale juhitud valguse faasikiirus ületab ümberkaudse keskkonna valguse kiirust. Kahjuks saab seda teha vaid sellise valguse korral, mis jääb väga väiksesse lainepikkuste vahemikku.

Laial vahemikul töötav mantel rikuks lisaks Einsteini erirelatiivsusteooriat. Olukord on aga erinev, kui valgus levib läbi hajusa keskkonna, näiteks väikseid osakesi sisaldava vee. Selle asemel, et valguse kiirusel sirgjooneliselt liikuda, hajub valgus oma teekonnal läbi aine, jõudes teisele poole alles palju pikema aja järel. Seega on võimalik valmistada laias vahemikus töötav mantel, milles kõrvale kallutatud valgus liigub oluliselt kiiremini kui ümberkaudses keskkonnas sirgelt liikunud valgus.

Sisemine tugevus

Sellise mantli valmistamiseks kombineerisid teadlased läbipaistmatu tuuma (varjatava objekti) seda ümbritseva hajutava kestaga, mis on valmistatud ränist ning sellesse dopeeritud osakestest läbimõõduga umbes 10 mikromeetrit. Sel viisil valmistati ning katsetati kahte seadet, ühte sfäärilist ja ühte silindrilist. Fick’i difusioonivõrrandil põhinevad arvutused paljastasid lihtsa suhte, milles on omavahel seotud kesta mõõtmed ning kesta ja seda ümbritseva aine hajutusvõimed.

Vasakpoolsed objektid on silindrilised läbipaistmatud tuumad, mida silindrilise ja sfäärilise kesta abil varjati. Parempoolsed objektid on varjava kesta sees. Pilt: Robert Schittny

Tänu arvutustele suutsid teadlased valmistada ideaalsed sfäärilised ja silindrilised nähtamatuks tegevad mantlid. Silindrilise mantli väline raadius on umbes 2 sentimeetrit ning selle paksus ligikaudu 0,4 millimeetrit. Selle difusioonitegur, millega kirjeldatakse selles leviva valguse kiirust, oli ligi viis korda suurem kui ümbritsevas keskkonnas (vees ja selles lahustunud värviosakestes). Sfäärilise mantli raadius ja paksus olid ligikaudu samad mis silindrilisel, ent selle teistsugune geomeetria tähendas, et selle difusioonitegur peab olema vaid ligi kolm korda suurem kui ümbritseval keskkonnal.

Töörühm katsetas oma seadmeid, asetades need läbipaistvate seintega anumasse, mis oli täidetud vee ja värvi seguga. Anuma ühele küljele suunati valge valgus ning teiselt küljelt tehti anumast digitaalse fotokaameraga pilt. Kui anumasse asetati objekt ilma mantlita, on selle tume varjund fotol selgesti eristatav. Mantliga varjatud eseme korral vari aga kaob.

Kuigi nähtamatuks muutev efekt pole täiuslik – osa objekti taha jäävast alast paistab fotol isegi heledam – paistab mantel funktsioneerivat kogu nähtava valguse spektrivahemikus. Prantsusmaal asuvas Marseille’i Fresneli Instituudis töötava teadlase Sebastien Guenneau sõnul on antud uurimus väga huvitav just hajutamisnähtusel põhineva seadme valmistamise alal. Eelmisel aastal tegi Guenneau Schittnyga koostööd, töötamaks välja soojusmantlit, mis varjab objekti läbi aine hajuva soojuse eest.

Trellide taga

Kuigi uue nähtamatuks tegeva seadme rakendused on piiratud, usub Schittny, et antud tehnoloogiat saaks kasutada vanglatrellide ja muude turvapiirangute varjamiseks vannitoaakendelt tuntud mattklaasi tüüpi klaasides. Seade ei töötaks aga tavalise mattklaasi puhul, millel on söövitatud pind kuid mis on enne söövitusprotsessi läbipaistev. Selle asemel tuleb klaasi dopeerida hajutavate osakestega sarnaselt mantli valmistamisel kasutatud ränile.