برای نخستین بار در تاریخ، رنگین کمان به دام افتاد!

دانشمندان دانشگاه توسان در بالتیمور با استفاده از یک عدسی ساده و صفحه‌ای شیشه‌ای، موفق شدند رنگین‌کمان را به دام بیاندازند و به یکی از آرزوهای دیرین انسان جامه عمل بپوشانند.

این تکنیک جدید که توسط ورا اسمولیانوا و همکارانش ابداع شده، ذخیره و نقل و انتقال اطلاعات را از طریق نور ساده‌تر خواهد کرد و شرایط را برای استفاده حداکثری از محاسبات و ارتباطات نوری فراهم خواهد نمود. فناوری نوری از فناوری‌های رایج فعلی در علوم ارتباطات رایانه‌ای و شبکه سریع‌تر است، اما دشواری فرآیند تبدیل نور به جریان الکتریکی و بالعکس، مهم‌ترین ویژگی منفی آن است.

دانشمندان دانشگاه توسان در بالتیمور با استفاده از یک عدسی ساده و صفحه‌ای شیشه‌ای، موفق شدند رنگین‌کمان را به دام بیاندازند و به یکی از آرزوهای دیرین انسان جامه عمل بپوشانند.

این تکنیک جدید که توسط ورا اسمولیانوا و همکارانش ابداع شده، ذخیره و نقل و انتقال اطلاعات را از طریق نور ساده‌تر خواهد کرد و شرایط را برای استفاده حداکثری از محاسبات و ارتباطات نوری فراهم خواهد نمود. فناوری نوری از فناوری‌های رایج فعلی در علوم ارتباطات رایانه‌ای و شبکه سریع‌تر است، اما دشواری فرآیند تبدیل نور به جریان الکتریکی و بالعکس، مهم‌ترین ویژگی منفی آن است.

در سال 2007 / 1386، اورتوین هس از دانشگاه ساری در انگلستان و همکارانش پیشنهاد دادند که پرتوهای نور را درون یک موج‌بر مخروطی به‌دام بیاندازند. این موج‌برها، ساختارهایی هستند که پرتوهای نور را در امتداد طول خود منتقل می‌کنند. برای ساخت این موج‌بر از متامتریال استفاده شده، موادی متشکل از مدارهای الکترونیکی که می‌تواند پرتوهای نور را با شیب‌های تند منحرف کند.

ایده اصلی کار، این است که با باریک‌تر شدن موج‌بر ، پرتوهای نور نیز درمقابل مجبور شوند در نقاطی بسیار باریک‌تر متوقف شوند. این کار باتوجه به یکی از ابتدایی‌ترین اصول امواج قابل انجام است: هیچ موجی نمی‌تواند از حفره‌ای کوچک‌تر از نصف طول‌موجش عبور کند.

رنگین‌کمان چیست؟
رنگین‌کمان یکی از زیباترین پدیده‌های جوی است که می‌توان در روزهای بارانی منتظر آن بود. این پدیده هنگامی روی می‌دهد که پرتوهای سفیدرنگ خورشید در ارتفاع بالا به ریزقطرات کروی‌شکل باران برخورد می‌کنند و با تجزیه به طیف‌های نور مریی (همان اتفاقی که در منشور روی می‌دهد) و بازتاب درون قطره، از آن خارج می‌شوند.

برای این‌که فردی بتواند رنگین‌کمان را ببیند، باید پشت به خورشید و رو به باران بایستد تا پرتوهای تجزیه‌شده و بازگشتی رنگین‌کمان را ببیند. در این حالت، فرد پرتوهایی در شش رنگ بنفش، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز را می‌بیند که با تقارن کروی به چشم او می‌رسند. چشم با امتداد دادن این پرتوها، کمان‌هایی شش رنگ را در آسمان تداعی می‌کند که همان رنگین‌کمان است.

البته معروف است که رنگین‌کمان 7 رنگ دارد، درحالی‌که این، اشتباهی تاریخی است. وقتی آیزاک نیوتن برای نخستین بار، پرتوهای خورشید را از درون منشور عبور داد و طیف تجزیه‌شده نور را بدست آورد، همین شش رنگ را دید؛ اما از آنجاکه در آن روزگار 7 عدد مقدسی بود، ترجیح داد رنگ نیلی را بین بنفش و آبی قرار دهد و با هفت رنگ ساختن طیف نور، توجه عمومی بیشتری را متوجه این پدیده سازد!

رنگین‌کمان وجود خارجی ندارد؛ یعنی شما نمی‌توانید رنگین‌کمانی را بگیرید، یا پرده‌ای برای نمایش آن برپا کنید، یا در محل آن فیلم عکاسی قرار دهید و اثرش را روی فیلم ثبت کنید. هر قدر تلاش کنید به رنگین کمان نزدیک شوید، رنگین‌کمان نیز به همان اندازه از شما دورتر می‌شود و همیشه در فاصله‌ای ثابت از شما باقی می‌ماند. به همین دلیل است که تاکنون کسی موفق نشده بود رنگین‌کمان را به دام بیاندازد.

و رنگین‌کمان به‌دام افتاد
شبیه‌سازی‌های عددی نشان داد که چنین ایده‌ای حداقل روی کاغذ جواب می‌دهد، اما انجام آن توسط متامتریال‌ها به یک رویا تبدیل شده بود. اما از قرار معلوم، ورا اسمولیانوا از دانشگاه توسان در مریلند بالتیمور و همکارانش توانسته‌اند با استفاده از یک عدسی محدب، توانسته‌اند این موج‌بر مخروطی را بسازند و رنگین‌کمانی از نور را به‌دام بیاندازند.

آنها یکی از سطوح عدسی 4.5 میلی‌متری خود را با لایه‌ای 30 نانومتری از طلا پوشاندند و عدسی را از سطح طلادارش روی یک سطح شیشه‌ای صاف که آن‌نیز با لایه‌ای از طلا پوشانده شده بود، قرار دادند. بدین ترتیب، فضای بین عدسی و سطح شیشه‌ای، لایه‌ای از هوا بود که ضخامت آن در لبه‌ها (جایی که لبه دو عدسی روی هم قرار می‌گرفت) به صفر می‌رسید و می‌توانست کار موج‌بر مخروطی را انجام دهد.

وقتی لیزر چندطیفی را از انتهای باز این مجموعه به داخل تاباندند، منظره جالبی به وقوع پیوست. اسمولیانوا با میکروسکوپ از بالا به عدسی نگاه کرد و مجموعه‌ای از حلقه‌های رنگارنگ رنگین‌کمانی را درون آن دید، گویی رنگین‌کمانی داخل این قفس شیشه‌ای به دام افتاده است.

اسمولیانوا این پدیده را چنین توضیح می‌دهد: «پرتوهای سبز که طول‌موج کوتاه‌تری دارند، در نقطه‌ای به دام افتادند که موج‌بر بیش از اندازه برای عبور این پرتوها باریک شده بود. اما پرتوهای قرمز که طول‌موج بلندتری دارند، در فاصله‌ای دورتر به دام افتادند، جایی‌که ضخامت موج‌بر بسیار بیشتر بود. پرتوهای زرد و نارنجی هم بین این دو به دام افتاده بودند، چراکه طول‌موج آنها بین این دو مقدار است».