La luz es lo más rápido del universo, por lo que tratar de atraparla en movimiento es necesariamente un reto. Tuvimos algo de éxito, pero un nuevo equipo construido por científicos de Caltech derriba 10 trillones de cuadros por segundo, lo que significa que puede capturar la luz mientras viaja, y tienen planes de hacerlo cien veces más rápido.
Entender cómo se mueve la luz es fundamental para muchos campos, por lo que no es solo una curiosidad ociosa lo que impulsa los esfuerzos de Jinyang Liang y sus colegas, tampoco es que haya nada de malo en eso. Pero existen aplicaciones potenciales en física, ingeniería y medicina que dependen en gran medida del comportamiento de la luz a escalas tan pequeñas y tan cortas que están en el límite de lo que se puede medir.
Es posible que hayas oído hablar de miles de millones y trillones de cámaras FPS en el pasado, pero esas fueron probablemente “cámaras de racha” que hacen un poco de trampa para lograr esos números.
Si se puede replicar perfectamente un pulso de luz, entonces podría enviar uno cada milisegundos pero compensar el tiempo de captura de la cámara con una fracción aún menor, como un puñado de femtosegundos (mil millones de veces más corto). Usted capturaría un pulso cuando estaba aquí, el siguiente cuando estaba un poco más lejos, el siguiente cuando estaba aún más lejos, y así sucesivamente. El resultado final es una película que no se puede distinguir de muchas maneras si se hubiera capturado ese primer pulso a alta velocidad.
Esto es altamente efectivo, pero no siempre se puede contar con la posibilidad de producir un pulso de luz un millón de veces de la misma manera. Tal vez necesite ver qué sucede cuando pasa a través de una lente grabada con láser cuidadosamente diseñada que se verá alterada por el primer pulso que lo golpee. En casos como ese, necesita capturar ese primer pulso en tiempo real, lo que significa grabar imágenes no solo con precisión de femtosegundos, sino también con femtosegundos separados.
Eso es lo que hace el método T-CUP. Combina una cámara de rayas con una segunda cámara estática y un método de recopilación de datos utilizado en la tomografía.
“Sabíamos que al usar solo una cámara de racha de femtosegundos, la calidad de la imagen sería limitada. Así que para mejorar esto, agregamos otra cámara que adquiere una imagen estática. “Combinado con la imagen adquirida por la cámara de racha de femtosegundos, podemos usar lo que se denomina transformación de radón para obtener imágenes de alta calidad mientras se graban diez billones de fotogramas por segundo”, explicó el coautor del estudio Lihong Wang. ¡Eso aclara las cosas!
En cualquier caso, el método permite capturar imágenes (bueno, espacios de datos espaciotemporales) con solo 100 femtosegundos de diferencia. Eso es diez trillones por segundo, o lo sería si quisieran ejecutarlo durante ese tiempo, pero no hay una matriz de almacenamiento lo suficientemente rápida como para escribir diez trillones de datos por segundo a. Por lo tanto, solo pueden mantenerlo funcionando durante unos cuantos fotogramas seguidos por ahora: 25 durante el experimento que se ve aquí.
Esos 25 cuadros muestran un pulso de láser de femtosegundos que pasa a través de un divisor de haz. Observe que, a esta escala, el tiempo que tarda la luz en pasar a través de la lente en sí no es trivial. Tienes que tener esto en cuenta!
Este nivel de precisión en tiempo real no tiene precedentes, pero el equipo aún no está listo.
“¡Ya vemos posibilidades de aumentar la velocidad hasta un billón (1015) fotogramas por segundo!”, Comentó Liang en el comunicado de prensa. Capturar el comportamiento de la luz a esa escala y con este nivel de fidelidad es mucho más que lo que pudimos hace unos pocos años y puede abrir campos o líneas de investigación completamente nuevos en física y materiales exóticos, con información de Techcrunch.
