Czy można zobaczyć światło w ruchu? To pytanie przez dekady wydawało się abstrakcyjne, niemal filozoficzne. Porusza się ono bowiem z niewyobrażalną prędkością 300 milionów metrów na sekundę, przez co nasze oczy rejestrują jedynie jego skutki, nie sam ruch. Okazuje się jednak, że odpowiedź na to pytanie może kryć się w niepozornym garażu, gdzie pasja spotyka się z nauką.
Naukowy święty Graal w garażowych warunkach
Brian Haidet, znany w sieci jako AlphaPhoenix, podjął się zadania, które wielu uznałoby za niemożliwe poza laboratoriami najbogatszych uczelni. Jego najnowsze dzieło to system rejestrujący sygnał z prędkością 2 miliardów klatek na sekundę dla pojedynczego piksela, który następnie obraz z wielu takich ujęć, co po raz pierwszy pozwala amatorom obserwować światło w ekstremalnym zwolnionym tempie. Tego typu osiągnięcie to nie tylko byle ciekawostka, bo zmusza ono do refleksji nad tym, jak bardzo dostępność technologii demokratyzuje naukę.
Czytaj też: Nowy przełom w akumulatorach. Srebro na elektrodzie to spokój w garażu
W swoim domowym warsztacie Haidet zbudował system, który fundamentalnie zmienia nasze rozumienie podstawowych zjawisk fizycznych. Urządzenie wykorzystuje emitowany na żądanie laser, który przemieszcza się w przestrzeni, odbijając się pomiędzy równolegle ustawionymi lustrami i tworząc charakterystyczny zygzakowaty tor. Kluczową rolę w wizualizacji światła odgrywają cząsteczki mgły zawieszone w powietrzu. To właśnie one rozpraszają wiązkę laserową, czyniąc ją widoczną dla niezwykle czułego sensora kamery.
Przy 2 mld kl./s między klatkami mija ok. 0,5 ns, więc w każdej klatce front fali przesuwa się o ok. 15 cm, a to pozwala śledzić ruch wiązki w przestrzeni. To właśnie sprawia, że efekt spowolnionego nagrania jest fascynujący. Wspomniana wiązka światła przemieszcza się z prędkością około 30 centymetrów na nanosekundę przez przestrzeń jak świetlista fala, ukazując zjawisko, które normalnie trwa zaledwie ułamki nanosekund.
Jest to pierwszy przypadek, kiedy osoba niezwiązana z instytucjami naukowymi zdołała w tak spektakularny sposób zwizualizować to fundamentalne zjawisko fizyczne. Jednak sama droga do tego osiągnięcia nie była prosta i wymagała opracowania kamery nagrywającej obraz w dwóch miliardach klatek. Nie było to zupełnie obce dla twórcy, bo w 2024 roku Haidet skonstruował kamerę nagrywającą w miliardzie klatek na sekundę. Samo podwojenie tej wartości wymagało czegoś więcej niż drobnych ulepszeń, bo cały system musiał zostać zaprojektowany od nowa i finalnie działać z atomową precyzją. Poniżej z kolei możecie obejrzeć “pułapkę na światło”, która powstała na MIT całe 13 lat temu.
AlphaPhoenix dał życie innowacyjnemu systemowi do “widzenia światła”
W nowej kamerze Haidet zastąpił serwomechanizmy enkoderami wysokiej rozdzielczości i paskami rozrządu, które kontrolują ruch lustra z dokładnością do ułamka stopnia. Tym najbardziej genialnym elementem konstrukcji jest jednak sposób, w jaki twórca rozwiązał problem niemożności przechwytywania pełnego obrazu przy tak ekstremalnej prędkości. Konwencjonalna technologia po prostu nie jest w stanie sprostać wymaganiom 2 miliardów próbek na sekundę dla każdego piksela obrazu.
Czytaj też: Realna szansa na tańsze panele słoneczne. Cicha rewolucja ma miejsce w piecu
Rozwiązaniem okazało się małe lustro zamontowane na precyzyjnym gimbalu, które “zamiata” światło lasera na pojedynczy, wysoce czuły sensor. Każde przejście rejestruje jeden piksel, a następnie wszystkie dane są łączone w kompletny obraz. Jest to więc jak budowanie mozaiki piksel po pikselu i klatka po klatce. Ta metoda jest wprawdzie czasochłonna, ale niezwykle precyzyjna, bo symuluje działanie kamery wyposażonej w miliony sensorów pracujących w idealnej synchronizacji.
Czytaj też: Przełom w walce z wszechobecnym litem. Ten akumulator przyciąga marzenia
Serce systemu stanowi z kolei fotopowielacz (PMT), który przekształca pojedyncze fotony w sygnały elektryczne. Te sygnały przemieszczają się kablami koncentrycznymi do oscyloskopu próbkującego 2 miliardy razy na sekundę, co stanowi częstotliwość, która jeszcze dekadę temu była domeną najdroższych laboratoriów. Same szumy przestały być problemem za sprawą systemu, który opiera się na metodzie przesyłania sygnału PMT i impulsu synchronizującego tym samym kablem, starannie synchronizując je tak, by dotarły niezależnie do odbiornika.
Co to oznacza dla przyszłości amatorskich badań?
Projekt ten pokazuje, jak pasja połączona z wiedzą techniczną może prowadzić do niezwykłych odkryć. W czasach, gdy zaawansowana technologia staje się coraz bardziej dostępna, granica między nauką profesjonalną a amatorską zaczyna się zacierać. Oto bowiem twórca na YouTube udowodnił, że garaż może być równie dobrym miejscem na rewolucyjne eksperymenty co najlepiej wyposażone laboratoria. Naturalnie tego typu projekty mają swoje ograniczenia i nie zastąpią w pełni profesjonalnego sprzętu badawczego. Mimo to pokazują one, jak daleko może zajść determinacja pojedynczej osoby wspieranej przez dostępną technologię.