Фотоакустический эффект позволил передать звук в ухо с помощью лазера
Американские инженеры разработали метод передачи звука конкретному человеку с помощью лазерного луча, который благодаря фотоакустическому эффекту создает возле уха звуковые колебания. Эксперименты показали, что метод позволяет создавать звук с громкостью 60 децибелл на расстоянии 2,5 метра. Статья с описанием метода и экспериментов опубликована в журнале Optics Letters.
Фотоакустический эффект заключается в возникновении звука при облучении тела (зачастую газа) импульсами излучения. Его механизм заключается в том, что поглощение излучения вызывает периодическое локальное нагревание среды и локальное повышение давления, которое приводит к возникновению звуковых колебаний. Этот эффект используется в различных научных областях, к примеру, с его помощью проводят спектроскопический неразрушающий анализ состава материалов.
Чарльз Винн (Charles Wynn) и его коллеги из Массачусетского технологического института предложили использовать фотоакустический эффект для передачи звука без принимающего устройства. Они разработали два метода, в основе которых лежит поглощение лазерного луча частицами водяного пара, который в том или ином объеме почти всегда присутствует в воздухе. Ключевое условие образования звука при проявлении фотоакустического эффекта — периодические изменения в излучении, вызывающие периодические колебания. Инженеры разработали два метода, отличающихся именно способом создания неравномерного облучения пара светом.
В первом методе авторы использовали акустооптический модулятор, на выходе из которого получали прерывистое лазерное излучение. Второй метод заключается в облучении рабочей области лазерным лучом, отраженным от подвижного зеркала. Скорость поворота зеркала подобрана таким образом, чтобы скорость движения пятна по рабочей области была приблизительно равна скорости звука. Благодаря этому в рабочей области образуются когерентные звуковые волны, взаимодействие между которыми приводит к усилению звука.
Во время экспериментов авторы использовали тулиевый лазер с длиной волны излучения, равной 1,9 микрометра, и безопасной для глаз удельной мощностью, равной 100 милливатт на квадратный сантиметр. Эксперименты показали, что оба метода позволяют передавать речь и музыку с громкостью, аналогичной громкости фоновых разговоров. При этом методы отличались по характеристикам звука: классический фотоакустический метод позволяет передавать звук с большей точностью, а метод со скользящим лучом повышает громкость.
Инженеры работают и над другими методами передачи информации с помощью возбуждения колебаний в промежуточной среде. К примеру, в прошлом году американские специалисты разработали метод, позволяющий подводным лодкам использовать радиосвязь для связи с летательными аппаратами. Они предложили использовать под водой акустические передатчики, возбуждающие колебания поверхности воды, и над водой радары, сигнал которых позволяет считывать эти колебания.
Григорий Копиев
Он распался на кислород <sup>24</sup>O и четыре нейтрона
Японские физики синтезировали самый тяжелый на сегодняшний день изотоп кислорода 28O с магическим числом и нейтронов, и протонов. Он оказался нестабильным, несмотря на предсказанные для него магические свойства, и моментально распадался на четыре нейтрона и кислород 24O. По мнению авторов статьи в Nature, эти результаты указывают на сложную структуру нейтронной оболочки 28O с близкими по энергии возбужденными состояниями. Стабильность изотопов физики описывают разными теоретическими моделями. В частности, некоторые из них предсказывают высокую стабильность изотопов с определенным — магическим — числом протонов и нейтронов. Для протонов магическими являются числа Z = 2, 8, 20, 50, 82, 114, 126, а для нейтронов — числа N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. В атомах с такими числами нейтронные и протонные оболочки ядра полностью заполнены, а основное и возбужденные состояния сильно отличаются по энергии — это приводит к повышенной стабильности ядра. Особенно устойчивыми являются дважды магические ядра, в которых одновременно заполнены и протонная, и нейтронная оболочки — например, самый распространенный изотоп кислорода 16O. Для кислорода также известны более тяжелые изотопы с большим количеством нейтронов. Все они, начиная с 19O и заканчивая 26O, неустойчивы. При этом, согласно теоретическим представлениям, дважды магическое ядро 28O может быть устойчивым, хотя оно и содержит очень большое количество нейтронов. Тем не менее получить этот изотоп до сих пор не получалось. Впервые синтезировать кислород 28O удалось физикам под руководством Ёсуке Кондо (Yosuke Kondo) из Института физико-химических исследований RINKA в Японии. Для этого ученые облучали вращающуюся мишень из бериллия 9Be пучком ядер кальция 48Ca. При этом получались разные легкие ядра, из которых с помощью спектрометра физики отсеяли ядра фтора 29F и направили их на мишень из жидкого водорода. При этом из фтора образовались изотопы кислорода 27O и 28O. Далее, с помощью спектрометров физики смогли детектировать продукты их быстрого распада — нейтроны и кислород 24O. Рассчитанная учеными энергия распада составила 0,5 мегаэлектронвольта для 28O и 1,09 мегаэлектронвольта для 27O. Исходя из того, что энергия распада 27O и 25O больше, чем у 28O, физики сделали вывод, что изотоп 28O разложился ступенчато — сначала образовался изотоп 26O и два нейтрона, а затем 26O превратился в 24O и еще два нейтрона. Далее, физики провели расчеты нуклонной структуры 28O на основе теории χEFT (chiral effective field theory) и метода связанных кластеров (coupled-cluster method). Расчеты показали, что нестабильность ядра 28O связана с нестандартным расположением его нейтронных оболочек, которое приводит к заселению возбужденных состояний ядра с низкой энергией (intruder states). В результате физики впервые получили изотоп кислорода 28O и провели теоретические расчеты, объясняющие его нестабильность нестандартной структурой нейтронных оболочек. Тем не менее, прямые доказательства немагичности нейтронной структуры 28O еще предстоит найти. Ранее мы рассказывали о том, как физики получили самый тяжелый изотоп кальция.