پالس‌های نوری معمولی در یک خط مستقیم منتشر می‌شوند؛ اما آیا امواج نوری شتاب‌دار نیز همین‌گونه هستند؟ آیا محیط انتشار بر مسیر انتشار تأثیرگذار است؟
فیزیک‌دان‌ها توانستند با استفاده از تابش لیزر در یک حباب لامپ پرتو‌افکن، اولین تعریف تجربی در مورد پالس‌ها‌ی نوری شتاب‌دار خمیده را ارائه دهند. همان‌گونه که پرتو لیزری در یک مسیر ژئودسیک (کوتاه‌ترین مسیر در یک فضای خمیده) حرکت می‌کند، در‌نتیجه‌ی شتاب خود، همین مسیر را به‌صورت خمیده می‌پیماید.
به‌تازگی پالس‌ها‌ی نوری شتاب‌دار در فضا‌ی تخت مورد بررسی قرار گرفته‌اند، به‌طوری که در‌نتیجه‌ی این شتاب، پالس نوری مسیر تخت را به‌صورت خمیده می‌پیماید. بررسی مسیر نور شتاب‌دار روی یک سطح خمیده، احتمالات بیش‌تری را برای ما نمایان خواهد کرد. این پدیده با نسبیت عام توضیح داده می‌شود. برای مثال این پدیده به‌وسیله‌ی لوازم اپتیکی در آزمایشگاه، بررسی می‌شود.
فیزیک‌دان‌ها‌ی مؤسسه‌ی تکنولوژی تخنیون، آناتولی پاتسیک، میشل بندرس و موردسیا سگو، به همراهی ریوکا بکنشتایند از دانشگاه هاروارد، مقاله‌ای در مورد پالس‌ها‌ی نوری شتاب‌دار در فضا‌ی خمیده در مجله‌ی Physical Review X منتشر کردند. پاتسیک در مصاحبه‌ای با Phys.org گفت: 
این کار در‌ها‌ی جدیدی در زمینه‌ی مطالعه‌ی پالس‌ها‌ی نوری شتاب‌دار باز می‌کند. تا‌به‌حال پالس‌ها‌ی نوری شتاب‌دار، تنها در فضا‌ی تخت بررسی شده‌اند و در این کار، پالس‌ها‌ی نوری شتاب‌دار در یک فضای خمیده بررسی می‌شوند.
در این آزمایش، پژوهشگران یک پالس لیزری معمولی را با بازتاب از یک جداکننده‌ی فضایی (Spatial modulator)، به پالس لیزری شتاب‌دار تبدیل می‌کنند. طبق توضیح پژوهشگران، این کار محدودیتی بر طول‌ موج پالس نوری اعمال می‌کند. در‌نتیجه‌ی این عمل، علاوه بر شتاب‌دار شدن پالس نوری، ساختار طول‌ موجی آن نیز محبوس می‌شود؛ به این معنی که هنگام انتشار موج در یک محیط خمیده، هیچ قسمتی از این موج به بیرون انتشار پیدا نمی‌کند. این در حالی است که امواج عادی می‌توانند از محیط انتشار‌گر به بیرون نشر کنند. پس از این، پالس‌ها‌ی نوری به یک حباب لامپ ملتهب هدایت می‌شوند. این لامپ ملتهب برای پراکنده کردن این امواج طراحی شده است تا انتشار آنها را قابل دیدن کند.
زمانی‌که نور از محیط این لامپ ملتهب عبور می‌کند، پالس نوری شتاب‌دار از مسیر ژئودسیک خود منحرف می‌شود. برای مقایسه، پژوهشگران یک پالس نوری بدون شتاب را به محیط لامپ ملتهب وارد کردند و مشاهده کردند که این پالس نوری بدون انحراف از مسیر مستقیم، به راه خود ادامه می‌دهند. پژوهشگران توانستند با مقایسه‌ی مسیر پالس نوری در این دو آزمایش، شتاب پالس نوری شتاب‌دار را تخمین بزنند.
با این‌که شتاب پالس نوری، زمانی که در یک محیط تخت حرکت می‌کند با پهنای پالس تخمین زده می‌شود، پژوهش‌ اخیر نشان داده است که شتاب پالس نوری با دو پارامتر پهنای پالس و خمیدگی محیط لامپ ملتهب اندازه‌گیری می‌شود. در نتیجه، مسیر پالس نوری با توجه به خمیدگی محیط لامپ، به‌صورت دوره‌ای تغییر می‌کند.
شتاب‌دار کردن پالس‌ها‌ی نوری استفاده‌های زیادی می‌تواند داشته باشد؛ از جمله این‌که می‌توان از آن برای تحقیق نسبیت عام استفاده کرد. پاتسیک گفت: 
معادلات اینشتین در مورد نسبیت عام در کنار دیگر مسائل، تحولات امواج الکترومغناطیسی در محیط خمیده را توضیح می‌دهد. نسبیت عام و معادلات انشتین توضیح می‌دهد که تحولات امواج الکترومغناطیس در محیط خمیده، با انتشار این امواج در محیطی با پارامتر‌ها‌ی الکتریکی و مغناطیسی متغیر، معادل است. این آغازی برای شناخت پدیده‌ها‌ی مربوط به نسبیت عام به‌وسیله‌ی امواج الکترومغناطیسی است. از جمله‌ی این پدیده‌ها، عدسی گرانشی، حلقه‌ها‌ی انشتین و انتقال به سرخ و انتقال به آبی گرانشی را که در گذشته و حال مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، می‌توان نام برد.
از نتایج به‌دست‌آمده می‌توان در تکنیک‌ها‌یی برای کنترل نانو‌ذرات موجود در رگ‌ها‌ی خونی استفاده کرد. پالس‌ها‌ی پلاسمایی شتاب‌دار ( در آن‌ها به‌جای نور از نوسانات پلاسما استفاده می‌شود) می‌توانند برای انتقال توان از یک نقطه به نقطه‌ی دیگر در یک محیط خمیده استفاده شوند. پژوهشگران قصد دارند این امکانات را در آینده بیش‌تر بررسی کنند. پاتسیک گفت
ما اکنون در حال بررسی انتشار امواج در محیط خمیده‌ی باریک‌تر هستیم. ما همچنین پدیده‌ها‌ی خطی و غیر‌ خطی موجی را بررسی می‌کنیم.
🔸ستاره نوترونی چیست؟
ستاره هاي نوتروني ستاره هاي در حال مرگي هستند كه به نظر ميرسند تقريبا از هر طبقه بندي اي حذف شده اند! آنها كوچك و بسيار چگال و با قطر تقريبا 20 كيلومتر و جرم تقريبا 1.5 برابر خورشيد ما هستند. از این رو يك قاشق چايخوري از اين ستاره ها بر روي زمين وزني تقريبا برابر 100 ميليون تن خواهد داشت!!!
آنها همچنين با سرعتي بسيار زياد حول محور خود گردش ميكنند. سرعتي حدود 700 بار در ثانيه! و طبق تحقيقي جديد خاصيتي بسيار باور نكردني ديگر در مورد آنها كشف شده؛ سطح بيروني اين ستاره هاي متلاشي شده احتمال ميرود كه 10 ميليارد بار قويتر از فولاد يا هر آلياژ ديگر زميني باشد.
اين ستاره ها، ستاره هاي عظيمي هستند كه نيروي جاذبه اي بسيار زياد را از خود نشان ميدهند و تنها اجرامي كه بيشتر از اين ستاره ها چگال و متراكم هستند، سياه چاله ها هستند.
دانشمندان مايلند ساختار اين ستاره ها را درك كنند زيرا اختلالات سطحي و كوهستانهاي روي پوسته آنها امكان دارد امواج گرانشي تابش كرده و به ترتيب ميتوانند در بعد چهارم( زمان ) ناهماهنگي ايجاد كنند. به خاطر فشار زياد، عيوب ساختاري و ناخالصي هايي كه چيزهايي مثل صخره ها و فولاد را سست ميكنند، احتمال اينكه كريستال هايي كه در طول دوره تشكيل عناصر به وجود مي آيند، تغيير شكل دهند كمتر است. اين پوسته ميتواند فشار خرد شدني 10 ميليارد برابر فشاري كه براي قالب زني فولاد به كار ميرود را تحمل كند
فیزیک محدودۀ اندازه گیری نور کوانتومی را در هم شکست
دانشمندان یک رکود جدید را در اندازه گیری های نوری با استفاده از فوتون ها ثبت کردند؛ این اندازه گیری به چنان دقتی دست پیدا کرده که قبلأ فقط به صورت ِ نظری امکانپذیر بود.
تیمی از فیزیکدانان در اولین آزمایشات خود، محدودۀ شات نویز را در هم شکسته است – به حداکثر رسیدن مقدار اطلاعاتی که از تک تک ذرات نور در اندازه گیری های نوری استخراج می شود. به مدت چندین دهه، فیزیکدانان نظری پیش بینی کردند که اندازه گیری با استفاده از فوتون ها در حالات کوانتومی – جایی که ذرات نور گرفتار می شوند – می تواند بهتر از اندازه گیری با استفاده از نور در حالات غیرکوانتومی باشد.
فیزیکدان کوانتومی “جف پراید” از دانشگاه گریفیت در استرالیا گفت: «وقتی فوتون ها گیر می افتند، خواص آنها با یکدیگر پیوند می خورد. این یعنی امکان تصادفی بودن آزمایش کمتر است. هرچند، به نظر می رسد این حالاتِ گیرافتاده فقط زمانی کار کنند که فوتون های گیرافتاده کیفیت بالایی داشته باشند و “گم نشوند”.» علت این است که وقتی ذرات نور به طور ناخواسته در دستگاه های سنجش جذب یا پراکنده می شوند یا وقتی به آسانی شناسایی نمی شوند، امکان تصادفی بودن اندازه گیری های نوری افزایش پیدا می کند.
این محدودیت، یعنی محدودۀ شات نویز، قبلأ مانع از آن شد که دانشمندان به محدوده های نظری اندازه گیری های فوق حساس با فوتون ها در حالات کوانتومی دست پیدا کنند، اما به لطف تحقیق جدید پراید و تیمش، دیگر این نگرانی وجود ندارد. پراید توضیح می دهد: «خبر جدید این است که ما می توانیم فوتون های باکیفیت بالا بسازیم و آنها را با کارآیی بالایی اندازه گیری کنیم (آنها گم نمی شوند) و همچنین می توانیم نشان دهیم که این تکنیک واقعأ طبق نظریه کار می کند.»
برای دستیابی به این امر، تیم پراید یک لیزر را از درون یک کریستال غیرخطی عبور داد و خواص هریک بخوبی با فوتون های گیرافتادۀ با کیفیت تطبیق داده شد. سپس، فوتون ها از یک نمونه عبور داده شدند – در این مطالعه از کریستال کوارتز استفاده شد. با انجام این کار و اندازه گیری فوتون ها با ردیاب های با راندمان بالا، این تیم توانست نشان دهد که محدودۀ شات نویز در هم شکسته می شود؛ یعنی می توان از نویز تصادفی در آزمایشات نوری بسیار دقیق جلوگیری کرد. پراید افزود: «این آزمایش نشان می دهد که فوتون ها در حالات کوانتومی خاص واقعأ برای اندازه گیری های خاصی بهتر عمل می کنند در مقایسه با زمانی که از فیزیک کوانتومی استفاده نمی کنیم. امیدواریم در آینده بتوان از گیر انداختن بیش از دو فوتون برای اندازه گیری دقیق نمونه های حساس استفاده کنیم.»
این تیم هنوز نمی تواند اعلام کند که نمونه های آتی چه خواهند بود اما این احتمال وجود دارد که در آینده این روش دانشمندان را قادر سازد ماده را با نور خیلی کمی اندازه گیری کنند. می توان از این روش برای اندازه گیری نمونه های بیولوژیکی با تعداد محدودی فوتون استفاده کرد تا بدین صورت به نمونه های ظریف آسیب نرسد. اما اکنون، بزرگترین دستاورد این است که فوتون ها واقعأ برای اندازه گیری به این شکل کابرد دارند، بدون اینکه گم شوند – نظریات چندین دهه پیش عملی شده است. یافته های این تحقیق در مجلۀ Nature Photonics منتشر شده است. برگرفته از کانال ناسا
"