TÜ füüsikud püüavad musta auku esile kutsuda

Doktorant Peeter Piksarv, doktorant Heli Lukner, professor, akadeemik Peeter Saari ja magistrant Madis Lõhmus.

FOTO: Margus Ansu

Erilisel viisil tekitatud valguslaineimpulss võib tõepoolest levida valguse kiirusest suurema kiirusega, näitasid Eesti ja Ameerika füüsikud-optikud. Tosin aastat tagasi Tartus avastatud nähtus sai seega lõpliku kinnituse ning akadeemik Peeter Saari juhitav teadusrühm kavatseb kunagi jõuda musta augu optilise ekvivalendi esilekutsumiseni, kirjutab Alo Lõhmus.

Ükski objekt ei saa universumis liikuda kiiremini valguse kiirusest, ütleb Einsteini füüsika. Ent 1997. aastal näitasid Tartu füüsikud, et valguslaine s e e s võib miski – teadlased hakkasid seda piltlikult hüüdma valguskuulikeseks – liikuda siiski veel kiiremini.

«Kui suunata tavalised, valguse kiirusega lained piki ettekujutatava koonuse pinda kindla nurga all koonuse teljega, moodustub teljel kõikide lainete koostoimel kontsentreeritud valgusenergiatomp, mida ümbritsevad nõrgemad rõngad nagu koonilised tiivad või halo,» selgitab Tartu Ülikooli füüsika instituudi laineoptika professor akadeemik Peeter Saari, kes koos oma toonase doktorandi, instituudi praeguse asedirektori Kaido Reiveltiga 1997. aastal kõnealuse katse tegi.

«Selline laine koos ereda keskmega liigub edasi kiiremini kui valguse kiirus, samas tiivad justkui toidavad energiaga seda tompu keskel, luues seda pidevalt uuesti, ning tegelikult ei liigu energia ega informatsioon valgusest kiiremini. Nagu see peabki relatiivsusteooria järgi olema,» räägib Saari.

Tartlased olid esimesed


Niisuguste lainete võimalikkus on teooriana tuntud juba paarkümmend aastat ning juba üle sajandi tagasi elektromagnetvälja põhivõrrandeisse põhimõtteliselt kirja pandud. «Tuleb vaid osata neid sealt välja lugeda,» märgib akadeemik Saari.

Tartu teadlased olid aga esimesed, kes nähtuse tegelikkuses esile kutsusid ja seda kirjeldasid. Nende edu tulenes asjaolust, et probleemile läheneti optikavahenditega, mistõttu mitmed elektromagnetlainete tekitamise elektroonika aspektist kaelamurdvad raskused osutusid ootamatult hõlpsasti ületatavaks.

Tartu uurimisrühm pälvis maailmas kõnealuse ala teadusüldsuse tunnustuse ning Saaril ja Reiveltil paluti kirjutada terve peatükk sellel uuel alal 2008. aastal ilmunud esimesse monograafiasse. Ometi leidus autoreid, kes jäid ka pärast tartlaste tööde publitseerimist kahtlevale seisukohale.

«Isegi füüsika esiajakirjas Physical Review Letters ilmus paar aastat tagasi teoreetiline töö, mis üritas ümber lükata selliste laineimpulsside võimalikkuse,» imestab Saari. «Miks – sest autorid oskasid küll valemitega manipuleerida, aga ei tundnud füüsikat nende taga. Pealiskaudsust näitas seegi, et nad polnud lugenud samas ajakirjas varem avaldatud meie ja paari teisegi uurimisrühma eksperimentaalset tõestust nende impulsside realiseeritavusele.»

Seepeale otsustasid tartlased oma avastust veel kord tõestada ning edasi uurida. Saari ja doktorandid Heli Valtna-Lukner ja Peeter Piksarv ning magistrant Madis Lõhmus valmistasid ette ja tegid koostöös Georgia Tehnoloogiainstituudi (USA, Atlanta) professori Rick Trebino ning tema doktorandi Pamela Bowlaniga teoks uutmoodi katse, mille käigus tekitati ülikiire valguskuulike (teadusliku nimetusega Bessel-X laineimpulss) uuesti. Seekord aga mõõdeti nähtust ameeriklaste ainulaadse tehnikaga, millesarnasest 1997. aastal veel mõeldagi ei osatud.

«Ühisuurimuse sisu oli Bessel-X laineimpulsside mõõtmine ülikiire ajalise lahutusega,» selgitab Saari. Ja lisab aktuaalse võrdluse: ajaühik, mida mõõtmiseks kasutati, on sekundist sama palju lühem, kui seagripiviirus on lühem vahemaast Maast Kuuni.

See uurimistöö avaldati augustis teadusajakirjas Optics Letters ning Ameerika optikaühingu kuukiri Optics & Photonic News valis artikli nende 28 töö hulka, mida tutvustatakse äsjailmunud detsembrikuises erinumbris.

Traditsiooniliselt valgustab selle laia levikuga, lisaks teadlastele ka inseneridele ja ärimeestele mõeldud kuukirja detsembriväljaanne kõige tähelepanuväärsemaid optikauurimusi, mis aasta jooksul maailma teadusajakirjanduses ilmunud. Eesti optikute tegemised pole varem niisuguse au osaliseks saanud.

Suur töö ootab ees


Saari sõnul oli tegu aga kõigest soojenduseksperimendiga, mille eesmärk oli lisaks skeptikute kahtluste hajutamisele katsetada ameeriklaste uudset mõõte­aparatuuri. Nüüd aga õige töö alles algab, lubab akadeemik.

«Peeter Piksarvel ja Madis Lõhmusel on kavas esiautoreina kirjutada kaks artiklit nende veebruaris Atlantas mõõdetud katsetulemustest valguslainete difraktsiooni uutmoodi käsitlemise kohta,» ütleb Saari. Atlanta laboris veedetud kolm nädalat on seega juba andnud ainest seitsmeks teadusartikliks ning kuueks konverentsiettekandeks Euroopas ja USAs.

Järgnevalt kavatseb Saari juhitav, vahepeal eelkõige teooria alal töötanud rühm arendada katsete tegemiseks vajaliku baasi välja koduses Tartus, kusjuures mõõtmistulemuste ajaline lahutusvõime on originaalse idee alusel plaanis muuta kümme korda suuremaks kui ameeriklaste laboris.

Ning seejärel pole isegi võimatu, et just Tartus algavad Saari rühma käe all ei millegi muu kui kunstliku musta augu tekitamisele sihitud katsed.

«Kaugemas perspektiivis on vastuse otsimine ambitsioonikale küsimusele: kas ei annaks neid eksootilisi valgusimpulsse ära kasutada kunstlike mustade aukude, st nende optiliste analoogide tekitamiseks tõhusamalt, kui võimaldavad selleks seni pakutud tavalised laserimpulsid,» selgitab Saari.

Valguskuulide olemuse ja omaduste kohta saab lugeda eestikeelset aimeartiklit aadressil

http://www.physic.ut.ee/instituudid/efti/loengumaterjalid/elmag/Horisont1998jaanSaari.pdf

Populaarne

Tagasi üles