Licht reist met 300.000 meter per seconde en wordt verondersteld de onovertroffen snelheidslimiet van het universum te bepalen. Maar hoe ziet de lichtsnelheid er eigenlijk uit?
Het klinkt misschien als een belachelijke vraag, maar optische onderzoekers van het California Institute of Technology hebben onlangs 's werelds snelste camera gebouwd om een antwoord te vinden. In een nieuwe video op het YouTube-kanaal van The Slow Mo Guys toonden CalTech-onderzoekers de mogelijkheden van hun camera door een laserstraal te filmen die door een fles melk gaat met een snelheid van ongeveer 100 miljard frames per seconde. (Ter vergelijking: de meeste films worden met 24 frames per seconde gefilmd.)
In de resulterende beelden schieten fotonen duidelijk door de melk in een blauwe waas terwijl de laser van links naar rechts over het scherm beweegt. Melkmoleculen hielpen de fotonen in de laserstraal te verstrooien, vergelijkbaar met hoe wolken van kosmisch stof het licht van anders onzichtbare sterren verstrooien. Volgens Peng Wang, de postdoctorale student van CalTech die de camera demonstreerde in de nieuwe video, reisde het licht door de lengte van de fles in ongeveer 2.000 picoseconden, of 2 miljardste van een seconde.
Verbazingwekkend genoeg is 100 miljard frames per seconde slechts een fractie van wat de CalTech-camera kan vastleggen. Bekend als T-CUP, werd de camera voor het eerst beschreven in een paper van oktober 2018 in het tijdschrift Light: Science and Applications en is naar verluidt in staat om licht te fotograferen met 10 biljoen frames per seconde. De onderzoekers ontwikkelden T-CUP met het uitdrukkelijke doel om ultrakorte laserpulsen in ongelooflijk detail te filmen - met andere woorden, om de lichtsnelheid vast te leggen.
Terwijl de camera op je telefoon tweedimensionale foto's maakt, is T-CUP een soort streakcamera die heel snel afbeeldingen in één dimensie opneemt. In tegenstelling tot eerdere streak-camera's, die composietbeelden van licht creëren door verschillende horizontale plakjes laser over meerdere laserpulsen op te nemen, kan de T-CUP een hele laserpuls in één frame afbeelden. Het doet dit door de laserstraal tegelijkertijd naar twee verschillende camera's om te leiden en vervolgens een computerprogramma te gebruiken om de twee afbeeldingen te combineren.
Nog opmerkelijker is dat onderzoekers binnenkort de kracht van T-CUP kunnen overtreffen met een camera die 1 biljard frames per seconde kan opnemen, volgens Lihong Wang, een CalTech-professor en een van de uitvinders van de camera. Camera's die zo snel waren, konden op een dag hun weg vinden naar medisch onderzoek, vertelde Wang The Slow Mo Guys in een volgende video. Dit zou onderzoekers in staat stellen levend menselijk weefsel (inclusief de hersenen) met ongekende details in beeld te brengen. We zouden je zeggen om je ogen open te houden voor meer updates - maar je bent waarschijnlijk toch niet snel genoeg om ze te zien.
Noot van de redactie: dit artikel is bijgewerkt om te laten zien dat 2 nanoseconden gelijk is aan 2 miljardste van een seconde.
