211service.com
Fatale fout ontdekt in onzichtbaarheidsmantels
In het kat-en-muisspel van camouflage heeft de bijzondere ontwikkeling van onzichtbaarheidsmantels de muis de laatste jaren zeker de overhand gegeven. Niet alleen hebben theoretici de ideeën achter deze apparaten dramatisch ontwikkeld, maar anderen hebben de mantels zelf gebouwd en getest. De wereld van camouflage zal er nooit hetzelfde uitzien.
Tegenwoordig vechten de katten terug door te onthullen hoe ze de aanwezigheid van een onzichtbaarheidsmantel kunnen detecteren en het object kunnen ontdekken dat het verbergt.
Onzichtbaarheidsmantels verbergen objecten door er licht omheen te sturen, zodat de objecten niet kunnen worden gezien door een waarnemer. De kunst is om een materiaal te bouwen dat op deze manier licht stuurt.
Dat blijkt buitengewoon moeilijk te zijn, mede omdat de optische eigenschappen van deze materialen van het ene punt naar het andere moeten veranderen op een manier die deze sturing bereikt, een eigenschap die bekend staat als optische anisotropie. Daarom moesten de eerste onzichtbaarheidsmantels met de hand worden gemaakt en zelfs toen lukte het alleen om een plat object in twee dimensies te verhullen bij een enkele golflengte van microgolflicht. Niemand kon zich echt voorstellen hoe deze benadering zou kunnen werken op de veel kleinere schaal die nodig is voor zichtbaar licht, noch voor een reeks frequenties.
Een paar jaar geleden kwam John Pendry, de theoretisch fysicus aan het Imperial College London en de intellectuele drijvende kracht op dit gebied, met een andere benadering: de tapijtmantel.
Het idee was dat een laag diëlektrisch materiaal op een oppervlak licht zo kon buigen dat het leek alsof het licht van het oorspronkelijke oppervlak weerkaatste. Met andere woorden, deze extra laag zou onzichtbaar zijn, dus alles wat erin zit, zou ook onzichtbaar zijn.
Deze techniek werkt voor zichtbaar licht op een breed frequentiebereik. Bovendien, zei Pendry, zouden materialen die dit zouden kunnen doen volledig uniform zijn - isotroop in plaats van anisotroop - en zouden ze dus veel gemakkelijker te maken zijn.
Met dit ene idee kwam de droom van optische onzichtbaarheidsmantels binnen handbereik en op deze blog volgden we de manier waarop dit idee voortkwam uit theorie tot praktische apparaten in slechts enkele maanden.
Sindsdien zijn Baile Zhang en vrienden van het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge druk bezig geweest met het zoeken naar het zwakke punt in dit idee en denken ze het nu gevonden te hebben. Tegenwoordig wijzen ze erop dat tapijtmantels een fout hebben waardoor de objecten erin detecteerbaar zijn.
Het probleem, zeggen ze, is dat isotrope mantels niet perfect kunnen werken. Dit is waarom. Licht kan worden gezien als een reeks golffronten met elk een bepaalde hoeveelheid energie. Gewoonlijk staat de richting van energievoortplanting loodrecht op deze golffronten.
In een onzichtbaarheidsmantel wordt deze loodrechte relatie echter vervormd naarmate de lichtgolven worden gestuurd. Dat is wat een anisotroop materiaal doet. Maar een isotroop materiaal kan dit niet - de energie plant zich altijd loodrecht op de golffronten voort. Deze beperking betekent dat isotrope materialen geen objecten kunnen verbergen zoals Pendry suggereert.
Zhang en co gaan verder om hun bewering te bewijzen door een straal te traceren die door het soort isotrope tapijtmantel gaat dat Pendry voorstelde. Wat ze hebben ontdekt, zal tapijtmantels over de hele wereld choqueren.
Volgens Zhang en vrienden verstoppen tapijtmantels geen objecten, ze schuiven ze alleen opzij met een hoeveelheid die net iets minder is dan dat ze hoog zijn. Cruciaal is dat het effect afhangt van de hoek waaronder u kijkt. Dus wanneer verlicht onder een hoek van 45 graden, lijkt een object van 0,2 eenheden hoog zijdelings verschoven met 0,15 eenheden.
Als Zhang en co gelijk hebben, kan dit een flinke klap zijn voor isotrope tapijtverhulling. Het betekent dat het tapijtverhullende effect een beperkte kijkhoek heeft.
Kijk van direct boven en een object kan perfect worden verborgen, daar heb je geen tapijtmantel voor nodig, alleen conventionele camouflage. De vraag is hoe ver je van de loodlijn kunt gaan voordat een isotrope optische tapijtmantel je verraadt.
Dus in de onzichtbaarheidsoorlogen gaat deze strijd naar de katten. Natuurlijk komen de muizen terug met een nieuwe en verbeterde tapijtmantel die dit probleem oplost. Een voor de hand liggende uitweg is om het tapijt anisotroop te maken, met andere woorden de structuur te variëren zodat het het licht goed om het object heen stuurt.
Seconden uit, ronde twee.
Referentie: arxiv.org/abs/1004.2551 : Laterale verschuiving maakt grondvlakmantel detecteerbaar