Vågor sprider sig inte alltid enhetligt i alla riktningar, men kan bilda ett anmärkningsvärt "grenat flöde". Vid TU Wien (Wien) har nu en metod utvecklats för att kontrollera detta fenomen.

I ledigt utrymme, laservågens ljusvåg förökar sig på en helt rak linje. Under vissa omständigheter, dock, beteendet hos en våg kan vara mycket mer komplicerat. I närvaro av en störd, oregelbunden miljö uppstår ett mycket konstigt fenomen:En inkommande våg delar sig i flera vägar, det förgrenar sig på ett komplicerat sätt, nå vissa platser med hög intensitet, samtidigt som man undviker andra nästan helt.

Denna typ av "grenat flöde" har först observerats 2001. Forskare vid TU Wien (Wien) har nu utvecklat en metod för att utnyttja denna effekt. Kärnidén med detta nya tillvägagångssätt är att skicka en vågsignal uteslutande längs en enda förvald gren, sådan att vågen knappast märks någon annanstans. Resultaten har nu publicerats i tidningen PNAS .

Från kvantpartiklar till tsunamier

"Ursprungligen, denna effekt upptäcktes när man studerade elektroner som rör sig som kvantvågor genom små mikrostrukturer, "säger professor Stefan Rotter från Institutet för teoretisk fysik vid TU Wien." Sådana strukturer, dock, är aldrig perfekta och de kommer alltid med vissa brister; och överraskande, dessa brister gör att elektronvågen delas upp i grenar - en effekt som kallas förgrenat flöde. "

Snart visade det sig att detta vågfenomen inte bara förekommer i kvantfysiken. I princip kan det förekomma med alla typer av vågor och på helt olika längder. Om, till exempel, laserstrålar skickas in i ytan av en tvålbubbla, de delades upp i flera partiella balkar, precis som tsunamivågor i havet:de senare sprider sig inte regelbundet över havet, men istället reser de i en komplicerad, grenat mönster som beror på den slumpmässiga formen av den korrugerade havsbotten. Som ett resultat, det kan hända att en avlägsen ö drabbas mycket hårt av en tsunami, medan grannön endast nås med mycket svagare vågfronter.

"Vi ville veta om dessa vågor kan manipuleras på ett sådant sätt att de bara färdas längs en enda utvald gren, istället för att sprida sig längs ett helt grenat nätverk av vägar i helt olika riktningar, "säger Andre Brandstötter (TU Wien), publikationens första författare. "Och som det visar sig, det är verkligen möjligt att rikta in sig på enskilda grenar på ett kontrollerat sätt. "

Analysera och anpassa

Det nya förfarandet tar bara två steg:För det första, vågen får som vanligt förgrena sig på alla möjliga vägar. På en av de platser som nås med hög intensitet, vågen mäts i detalj. Metoden som utvecklats vid TU Wien kan sedan användas för att beräkna hur vågen måste formas vid ursprunget, så att det i det andra steget kan skickas längs en vald väg, samtidigt som man undviker alla andra vägar.

"Vi använde numeriska simuleringar för att visa hur vi hittar en våg som beter sig exakt som vi vill att den ska göra. Denna metod kan tillämpas med en mängd olika metoder, "säger Stefan Rotter." Du kan implementera det med ljusvågor som justeras med speciella spegelsystem eller med ljudvågor som du genererar med ett system med kopplade högtalare. Ekolodsvågor i havet skulle också vara ett möjligt tillämpningsområde. Hur som helst, nödvändig teknik finns redan tillgänglig. "

Med denna nya metod, alla dessa olika typer av vågor skulle kunna skickas ut längs en enda bana som förvalts från ett komplext nätverk av banor. "Denna bana behöver inte ens vara rak, "förklarar Andre Brandstötter." Många av de möjliga vägarna är krökta - ojämnheterna i omgivningen fungerar som en uppsättning linser genom vilka vågen fokuseras och avböjs gång på gång. "

Även pulserade signaler kan skickas längs dessa speciella vägar, så att information kan överföras på ett riktat sätt. Detta garanterar att en vågsignal kommer exakt dit den ska tas emot; på andra platser kan det knappast upptäckas, vilket gör avlyssningen mycket svårare.