Chiar dacă aparatele foto ne permit să percepem fenomene care altfel ar trece neobservate, vitezele lor de captură tot nu sunt îndeajuns de rapide și ne limitează fundamental capacitatea de a vedea, practic, orice. Însă, oamenii de știință de la Institutul de Tehnologie din California speră să schimbe paradigma.
Într-o nouă lucrare publicată în revista Nature Communications, oamenii de știință conturează o nouă tehnică imagistică care poate capta nici mai mult, nici mai puțin de 70 de trilioane de cadre pe secundă.
Dezvoltarea imagistică anterioară bazată pe senzorii de siliciu au generat viteze de până la milioane de cadre pe secundă, spune Lihong Wang, profesor de inginerie medicală și inginerie electrică la Caltech, pentru Popular Mechanics. Dar tot nu este destul de rapid pentru a observa și documenta unele dintre cele mai trecătoare curiozități din lumea noastră fizică, de la fuziunea nucleară, la impulsuri ultrascurte de lumină de ordinul picosecundelor (10-12 secunde), până la descompunerea radioactivă fluorescentă de molecule.
Oamenii de știință studiază de obicei aceste evenimente ultra rapide, declanșând evenimentul dorit de mai multe ori și observându-l în mod repetat printr-o fereastră diferită de timp. Această abordare neliniară, adesea folosită pentru studierea reacțiilor chimice, se numește metoda pump-probe. Deși se dovedește inteligent, este încă imposibil să redăm imagini cu evenimente ultrarapide în timp real, ceea ce înseamnă că putem reuși doar cu sarcinile repetabile.
În 2014, Lihong Wang a introdus tehnologia originală CUP de mare viteză (fotografia comprimată cu hiperviteză) la 100 de miliarde de cadre/s. Până în 2018, tehnologia a fost upgradată la T-CUP, iar viteza de filmare a atins 10 trilioane de cadre/s. Noua tehnologie CUSP (fotografia spectrală ultra-rapidă comprimată) a crescut viteza de filmare de șapte ori până la 70 de trilioane de cadre/s.
CUSP se bazează pe un laser cu impulsuri de lumină ultra-scurte cu o durată de o femtosecundă (10-15 sec). Sistemul optic împarte aceste impulsuri în sclipiri și mai scurte. Aceste impulsuri fracționate luminează ținta, iar apoi, printr-un alt sistem optic, lovesc senzorul de imagine, care formează imaginea rezultată.
Imaginea schemă a unei instalații de 70 de trilioane de cadre/s (Caltech)
„Ne asumăm aplicarea [dezvoltărilor] într-un spectru larg de fenomene extrem de rapide, cum ar fi distribuția luminii ultra-scurte, propagarea undelor, fuziunea nucleară, transportul fotonilor în nori și țesuturile biologice și, printre altele, degradarea fluorescentă a biomoleculelor”, a spus Wang.
Tehnologia CUSP poate fi folosită și pentru a explora lumea ultra-rapidă a fizicii fundamentale și pentru a crea electronice mai compacte și mai sensibile.