Vågspridning förekommer praktiskt taget överallt i vardagen – från konversationer över rum, till havsvågor som bryter mot en strand, från färgglada solnedgångar, till radarvågor som reflekteras från flygplan. Spridningsfenomen förekommer också i världar så olika som kvantmekanik och gravitation. Enligt Pavel Ginzburg, professor vid Tel Aviv University's School of Electrical Engineering, dessa fenomen blir särskilt intressanta när vågorna i fråga möter ett rörligt föremål.

Den vardagliga Doppler-effekten är bekant – bevittnad som den hörbara förändringen i tonhöjd som inträffar, till exempel, när en brandbils siren närmar sig, passerar, och drar sig tillbaka. Tanken att den observerade frekvensen av en våg beror på den relativa hastigheten mellan källan och observatören, en populariserad aspekt av Einsteins relativitetsteori, medför kosmiska implikationer för Dopplereffekten, speciellt för ljusvågor. Nu, det verkar som om mellan relativitetsteori och den klassiska (stationära) vågregimen, det finns en annan regim av vågfenomen, där minnet påverkar spridningsprocessen.

Minneseffekten ändrar dopplervågssignaturen

Som nyligen visades av ett team av vetenskapsmän ledda av Ginzburg, inklusive huvudförfattaren Vitali Kozlov och medförfattarna Sergey Kosulnikov och Dmytro Vovchuk, Dopplereffekten kan dramatiskt förändras av minnen av tidigare våginteraktioner. Specifikt, när roterande dipoler är anordnade att behålla ett långt minne av tidigare interaktioner med en infallande våg, Dopplersignaturen visar asymmetriska toppar i det spridda spektrumet. Istället för att blekna snabbt, dessa långvariga tidigare interaktioner påverkar den nuvarande och framtida utvecklingen av systemet som studeras.

"Den nyupptäckta minneseffekten är universell, " konstaterar Ginzburg, "Det kan dyka upp i en mängd olika vågrelaterade scenarier - från optik, där lasrar är roterande molekyler, till astronomi, där roterande dipoler kan approximera neutronstjärnor." Även om effekten är universell, Ginzburg noterar att inte alla spridare har ett långt minne. "Effekten introduceras med avsikt, till exempel med klumpade kretsar i fallet med elektromagnetiska applikationer, " förklarar Ginzburg. Han spekulerar i att minneseffekten kan bidra till ökad effektivitet i identifiering och klassificering av radarmål, bland andra applikationer, såsom stjärnradiometri.

Ginzburgs team försökte svara på frågan om det finns "en förbisedd interaktionsregim, som å ena sidan inte kräver relativistiska hastigheter men å andra sidan inte kan förklaras direkt med klassisk stationär fysik." Teamet valde ett enkelt fall av en roterande dipol som en matematisk modell som "kan beskriva egenskaper hos många verkliga objekt , såsom kvasarer inom astronomi eller roterande blad på en helikopter i radartillämpningar, " enligt Ginzburg.

Forskarna hoppas att dessa nyligen demonstrerade minneseffekter kommer att användas för att främja vår förståelse av universum runt omkring oss och bidra till att ge upphov till nya tekniska tillämpningar som drar fördel av material med lång minne för att trycka rörelsesignaturer på spridda vågor.