Sciencemag.cz
Doporučujeme
Zvukové vlny mají být těm světelným mnohem podobnější, než se čekalo.
Nano a mikročástice se běžně ovládají světlem, jde to ale i pomocí zvuku. Kupodivu teprve nyní ale byla vyvinuta komplexnější teorie, která tyto interakce popisuje.
Ivan Toftul, Konstantin Bliokh a Franco Nori z japonského RIKENu (tato instituce vydala příslušnou tiskovou zprávu) přišli s rovnicemi, které popisují vztah zvukových vln a síly, respektive točivého momentu, jimiž na částici působí. Zvuková vlna může mít různé frekvence, které vystupují v rovnicích, u částic se pro zjednodušení předpokládá, že jsou sférické.
Podobné vztahy již dříve existovaly v optice, tj. pro popis toho, jak na částice působí světlo. Zajímavé na novém výsledku přitom dle autorů výzkumu je, že zvukové vlny mají být těm světelným mnohem podobnější, než se čekalo. Až dosud se totiž zvukové vlny pokládaly oproti světlu za výrazně jednodušší. Mělo jít o jednoduché skalární silové pole, které na rozdíl od světla postrádá vektorové vlastnosti typu polarizace a rotace. Nová studie ale ukazuje, že zvukové vlny mají stejně stupňů volnosti (parametrů, jimiž se mohou vlny od sebe lišit/které lze nastavovat/jimiž se popisují). Nebo jinak řečeno, mají také vektorové vlastnosti. Z toho pak vyplývá, že pomocí zvukových vln lze s hmotou manipulovat stejně „složitě“, jako pomocí světla. Je možné vytvářet složitá zvuková pole. Např. tzv. evanescentní akustická pole (pole podél rozhraní, jimž vlna nemůže proniknout) jsou velmi podobná těm optickým, mají analogický matematický popis.
Naše znalosti práce s optickými poli, speciálně třeba techniky pro manipulaci s částicemi pomocí laserů, by nyní mělo být možné celkem snadno „přenést“ a příslušnou funkčnost realizovat pomocí zvuku.
I. D. Toftul et al. Acoustic Radiation Force and Torque on Small Particles as Measures of the Canonical Momentum and Spin Densities, Physical Review Letters (2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.183901
Zdroj: RIKEN/Phys.org
Poznámka PH: tisková zpráva RIKENu neuvádí, jaké jsou ty další parametry, veličiny, jimiž lze charakterizovat zvukovou vlnu. Volně přístupný abstrakt článku zmiňuje jako nedávno zavedené vlastnosti zvukových polí hustoty kanonického momentu (kanonické hybnosti?) a spinového úhlového momentu (canonical momentum, spin angular momentum).
