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光学物理学

光学物理学

超声波带扭曲

11 Apr 2012
扭曲和转弯

国际物理学家团队同时测量了第一次通过声波施加的角动量和扭矩。它发现,该比率与预测的声学和光波的理论完全一致。根据研究人员,他们的技术也可能具有医学成像和治疗的潜力。

光学和声学的基本原则是波浪携带势头,因此可以施加力量。同样重要的是它们也可以携带角动量并施加扭矩。这两种数量之间的比率–推动和扭曲–是波浪物理学的核心,长期以来一直被视为无需直接实验其有效性。

光学困难

传统上探讨了辐射压力的概念和在光学中探索和利用–例如,它是基础“optical tweezers”用于抓住和操纵微生物学和纳米技术的微观物体。光束的力等于其功率除以光速。其扭矩与辐射压力成比例,这取决于声学和光束的变化性能。因为光速极大,所以通过光束施加的力和扭矩非常小,因此难以测量。进一步复杂化,科学家们很难准确地锻炼物体从光束中吸收线性和角动量的程度,从而计算施加的力和扭矩。

声音与光相比

由于这些原因,没有人曾经同时测量对象上的光束的力和扭矩。幸运的是,相同的等式在声学中适用,其中光速被较小的声速所取代。因此,相同功率的声音束施加更强的推动和扭曲,使得更容易测量两者之间的比率。

现在,超声物理学家Christine Demore,BioPhotonics研究员Mike Macdonald和来自英国Dundee大学医学和技术研究所的同事,与美国伊利诺伊州韦斯利大学的加布里埃尔斯法尔一起悬浮,扭曲了一块橡皮冰球用一个轰击它“vortex beam” of ultrasound –一个声音形状的扭曲线圈有点像DNA双螺旋。这样做是为了通过实验验证到扭矩比的角动量,直接证明这一基本理论。研究人员发现了– as expected –扭矩与冰球上的线性力的比率等于每个波长的相互连接的螺旋的数量的比率。

物理超出的应用程序

“The key part of the is the fact that we’ve展示了比例,”解释麦克唐纳,“但是,我们必须使结果的进步是对超声波梁的控制水平,这是一个’以前是可能的。”DEMORE补充说,开发聚焦超声波具有超越纯研究的应用。“There’■使用超声波的整个领域发展,以完全非侵入性地杀死肿瘤,”她说。还有一个开发项目“sonotweezers”这是基于光学镊子,但能够移动更大和更重物的物体。

来自英国格拉斯哥大学的光学物理学里程小鹦鹉描述了工作“一个美丽的实验”. He feels that “积极参与领域的人赢了’对于比例感到惊讶,因为基本上结果表明是一个人会期望的”. “但如果你从来没有检查过我们所知道的事情,那么你’D永远找不到我们不喜欢的东西’t,” he says.

本文已被接受出版 物理评论信.

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