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Die schnellste Kamera der Welt! Lichtteilchen in außergewöhnlicher Formation!

Beitragsbild: Jinyang Liang, Lihong V. Wang

Lichtteilchen, also Photonen, können gefilmt werden!

Das Team von Keisuke Goda von der Universität Tokio ging vor 2 Jahren mit der einer Hochgeschwindigkeitskamera über das menschliche Vorstellungsvermögen hinaus. Mit der Technik konnten sie Dinge sichtbar machen, die das bloße menschliche Auge nicht wahrnehmen kann. Ziel der Forschung und der Entwicklung der Kamera war es, ultraschnelle Prozesse in der Physik genauer beobachten zu können. Durch das japanische Modell der Hochgeschwindigkeitskamera können Schwingungen von Atomen in Kristallen, die plötzliche Verdampfung von Materie oder auch die Ausbreitung von Wärme untersucht werden. Im Hintergrund laufen jetzt ein paar Aufnahmen der Kamera. Problem an der Kamera: Die Auflösung der Bilder ist auf 450 mal 450 Pixel beschränkt – die Kamera kann also kaum mit einer kleinen Handykamera mithalten. Die STAMP-Methode, die bei der Aufnahme angewendet wird, nutzt sehr kurze Infrarot-Lichtimpulse eines Titan-Saphir-Lasers, welche durch eine raffinierte Optik in Zeitabständen von gerade einmal 15 Pikosekunden (eine Pikosekunde ist ein Billionstel einer Sekunde) nacheinander auf das Objekt treffen. Die reflektierten Signale werden dann von einem Sensor aufgenommen.

Forscher der Washington University in St. Louis sind jetzt noch einen Schritt weiter gegangen. Sie haben ihre eigene loss-less encoding Compressed Ultrafast Photography (kurz (LLE-CUP) Kamera mit 100 Milliarden Bildern pro Sekunde dazu genutzt um Licht, im Speziellen einen Mach-Kegel, aufzuzeichnen. Was ist ein Mach-Kegel oder auch Machscher Kegel genannt? Ein Machscher Kegel bildet sich dann wenn sich das fortbewegende Medium schneller als das eigentliche Medium bewegt. Wenn, wie im Versuch der Studie, Licht Licht einholt bildet sich ein Mach-Kegel. Von Licht wissen wir: Es hat immer die gleiche Geschwindigkeit. Allerdings gibt es Materialien, die Licht brechen. Die Lichtphotonen werden kurz an jedem Molekühl, das sie passieren gestoppt und fliegen dann weiter. Je nach Material kann dieser Stop länger dauern. Diesen Effekt haben sich die Forscher zu nutze gemacht. Das fortbewegende Medium ist ein Lichtpuls in Disconebel. Es wird kaum abgebremst, also gebrochen. Aber es wird gestreut. Das ist ja der gewünschte Effekt von Nebel. Umhüllt ist das ganze von einem Silikonschlauch in dann dann das Licht durch den Nebel gestreut wird. Dort bewegt sich das Licht aber durch längere Stops im Silikon langsamer, so das die Quelle des Lichtes schneller fliegt, als das von ihr gestreute licht. Es entsteht der Machkegel.

„Zu einem bestimmten Zeitpunkt hat die Verteilung dieses Streulichts die Form eines Mach-Kegels“ – „Die Spitze des Kegels wird von zwei Lichtschweifen gebildet, die sich von der Spitze des Laserpulses nach hinten ziehen“, so die Forscher.

Etwas ähnliches passiert auch beim Überschallflug und wir erleben diesen Machkegel dann als Überschallknall. Hier fliegt das Flugzeug schneller als der Schall und bildet deshalb den Kegel.

Quellen:
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-21070-2017-01-23.html
https://www.golem.de/1112/88379.html
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-18320-2014-12-04.html
http://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/machscher-kegel/283
http://www.wissen.de/lexikon/machscher-kegel
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-18320-2014-12-04.html
http://clixoom.de/neue-kamera-macht-4-billionen-bilder-pro-sekunde/2927

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