Sunt în scanere de magazine alimentare, conexiuni la internet și camere de rezervă pentru mașini. Indiferent dacă îți dai seama sau nu, interacționezi cu laserele în fiecare zi. Această tehnologie bazată pe lumină a ajutat la construirea lumii moderne, profund interconectate în care trăim. Dar ce sunt, exact, laserele și cum funcționează?
Cuvântul „laser” este de fapt un acronim; înseamnă „amplificarea luminii prin emisie susținută de radiații”. Laserele funcționează făcând particulele energetice să vibreze sau să „oscileze”, în sincronizare, ceea ce înseamnă că vârfurile și jgheaburile undelor de lumină pe care le emit se aliniază. Gândiți-vă la o armată care mărșăluiește în formație, în comparație cu o mulțime de oameni care mărșăluiesc în jurul unei piețe a orașului, a spus Peter Delfyett, inginer fotonic la Universitatea din Florida Centrală. „Aceasta este un fel de calitate a luminii laser față de lumina albă incoerentă cu care suntem obișnuiți.”
Când electronii din atomii sincronizați vibrațional ating starea lor de cea mai mare energie, ei cad brusc înapoi la o stare de energie scăzută la unison, emițând o formă specială de lumină în acest proces. Un dispozitiv laser rafinează apoi această lumină, răsturnând-o înainte și înapoi între două oglinzi înainte de a o folosi.
Legate de: În căutarea de 20 de ani de a dezlega tărâmul bizar al „superchimiei cuantice”
„Aceasta este lumina reală pe care o vezi care iese din indicatorul tău laser”, a spus Delfyett.
Fizica fundamentală din spatele tehnologiei laser este cunoscută de mai bine de un secol; teoria a fost prima propus de Albert Einstein în 1917. Dar cercetătorilor ar fi nevoie de aproape patru decenii pentru a aduce aceste idei teoretice la viață.
Înainte de lasere, existau masere – o tehnologie similară care folosește microunde în loc de lumina vizibila. Primul maser funcțional a fost construit în 1954 de un grup de oameni de știință de la Universitatea Columbia. Acest dispozitiv a folosit un fascicul de molecule de amoniac de înaltă energie și o incintă goală numită cavitate de rezonanță pentru a forța microundele să oscileze împreună. Cu toate acestea, puterea sa de ieșire a fost mică – doar aproximativ 10 nanowați. Este de peste un miliard de ori mai puțin decât cantitatea necesară pentru a aprinde un bec obișnuit. În schimb, cele mai puternice lasere din lume pot produce până la 10 petawați – aproximativ o zecime din puterea soarele.
Pentru a face un maser mai puternic, oamenii de știință au început să se uite la frecvențe diferite în spectru electromagnetic. În 1960, s-a născut „maserul optic” – mai bine cunoscut sub numele de laser. Nu toate laserele funcționează în spectrul luminii vizibile, dar toate folosesc frecvențele de mai sus radiații cu microunde.
Laserele au câteva avantaje față de masere. Pe lângă faptul că împachetează mai multă energie în fasciculele lor datorită lungimilor de undă electromagnetice mai scurte, laserele sunt mai ușor de construit și mai ușor de controlat cu precizie. În timp ce maserele sunt încă folosite uneori pentru lucruri precum radiotelescoape și comunicații în spațiul profund, laserele sunt mult mai comune astăzi.
„Laserul este una dintre cele mai importante invenții științifice și tehnologice ale secolului al XX-lea”, a spus Svetlana Lukishova, un cercetător în nano-optică la Universitatea din Rochester din New York. Laserele sunt acum folosite în orice, de la operațiile oculare la gravarea sticlei până la cablurile de fibră optică care permit conexiunea globală la internet. Ele au jucat chiar un rol esențial în detectarea ondulațiilor în spațiu-timp cunoscute sub numele de unde gravitaționale; cel Observatorul cu interferometru cu laser unde gravitaționale folosește două lasere masive, amplasate la mii de mile unul de celălalt, pentru a sonda structura spațiu-timpului.
Viitorul tehnologiei laser pare la fel de luminos. Unii cercetători explorează potențialul său de a imagina exoplanete mult dincolo de noi sistem solar. Iar Delfyett și laboratorul său lucrează la un proiect de miniaturizare a laserelor pentru a face centrele de date mai mici și mult mai eficiente din punct de vedere energetic, reducând astfel emisiile de gaze cu efect de seră.
Dar Delfyett crede că tehnologia poate avea aplicații la care nici măcar nu ne-am visat încă. „Utilizarea laserelor este limitată doar de propria ta imaginație”, a spus el.