Измерение давления электромагнитного излучения – не фантастика, а реальность
Группа ученых из Испании предложила методику измерения светового давления при помощи фотонного силового микроскопа.
Давление электромагнитного излучения – один из фактов, которые не поддаются объяснению в рамках волновой теории света.
Объяснить давление света возможно, если принять так называемый корпускулярно-волновой дуализм, т.е. проявление светом одновременно свойств дискретных частиц и волновой природы. Сам факт существования давления электромагнитного излучения был доказан экспериментально еще в конце 19 – начале 20 века, но вот точно измерить величину этого давления до сих пор не удавалось. Сила, действующая на объект, обычно настолько мала, что ее просто не принимают в расчет, если речь не идет об атомном мире или космическом вакууме. Однако, наконец-то появилась техника, которая позволит, фактически, напрямую измерить это давление на практике.
Исследования, опубликованные группой ученых из Institute of Photonic Sciences (Барселона, Испания) в журнале Physical Review Letters, показывают, что широко известная техника совмещения возможностей атомно-силовой микроскопии и лазерного излучения достаточно чувствительна, чтобы оценить силу так называемого радиационного давления. Достаточно при помощи лазера «зафиксировать» частицу кремния размерами всего несколько микрон в оптической «ловушке», после чего можно измерить одновременно силы, действующие на нее, и свет, излученный с поверхности.
Для измерения сил, действующих на кремниевые частицы в жидкости, исследователи использовали фотонный силовой микроскоп (photonic force microscopy, PFM). PFM – это относительно новый представитель семейства сканирующих туннельных микроскопов; прибор представляет собой сочетание техники фотонной туннельной микроскопии и силовой микроскопии.
Как известно, одна из главных проблем при измерениях давления света – малая длительность воздействия. Поэтому для «удлинения» эффекта использовались флуоресцентные молекулы родамина, которые излучают желтый свет под воздействием зеленого лазера. При облучении зеленым лазером кремниевой частицы, покрытой родамином, была зафиксирована действующая на частицу сила (фактически, толчок) порядка 300 фемтоньютонов (1 фемтоньютон = 10-15 Ньютона). Сила исчезала вместе с прекращением флуоресцентного свечения.
Ученые считают, что, помимо довольно таки фантастического применения давления электромагнитных волн в качестве теоретической основы для строительства так называемого «солнечного паруса», можно придумать и более близкие к практике варианты; например, лазерное охлаждение отдельных атомов и молекул.
Исследователи планируют продолжить работу по поиску более совершенных методик измерения с помощью PFM.
