156 триллионов кадров в секунду: ученые разработали сверхбыструю камеру

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Мир вокруг нас полон движения, но многое из этого движения происходит слишком быстро, чтобы мы могли его увидеть. Взрыв пузыря, удар молнии, химическая реакция — все это происходит за доли секунды, оставляя нас лишь с последствиями, но не с самим процессом.

Однако ученые не сдаются и разрабатывают все более совершенные инструменты, чтобы заглянуть в этот скрытый мир сверхбыстрых явлений. Одним из таких инструментов стала камера SCARF, созданная командой профессора Цзиньян Ляна из Национального института научных исследований (INRS) в Канаде.

SCARF способна снимать со скоростью 156,3 триллиона кадров в секунду — это в миллионы раз быстрее, чем обычная камера! Такая скорость позволяет увидеть то, что раньше было недоступно: например, как электроны «прыгают» между атомами в процессе химической реакции, или как ударная волна распространяется по живой клетке.

Схема экспериментальной установки. (b) Репрезентативные кадры генерации эллиптической диаграммы поглощения, изображенной при скорости 6,5 Тбит/с. (c) Характеристика временного отклика при 6,5 Тбит/с. TESF, функция разброса временных границ [вычисляется путем усреднения временных ходов интенсивности выбранной линии, отмеченной в b]. TRF, функция временного отклика [вычисляется путем взятия производной TESF]. (d) Измеренные скорости в единицах скорости света в вакууме, c, верхнего и нижнего фронтов поглощения (помеченных маркерами) вдоль x и y направления по сравнению с теоретическими прогнозами (показаны пунктирными линиями). (e) Репрезентативные кадры генерации линейной диаграммы поглощения, изображенной при скорости 156,3 Тбит/с. f Характеристика временного отклика при 156,3 Тбит/с. (g) Измеренное расстояние распространения фронта поглощения вдоль −x направление с линейной посадкой. Центр маркера и полоса погрешности в c и f представляют среднее значение и стандартное отклонение соответственно.
Автор: Liu, J., Marquez, M., Lai, Y. et al. Swept coded aperture real-time femtophotography. Nat Commun15, 1589 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-45820-z Источник: www.nature.com

Зачем нам видеть сверхбыстрые процессы?

Понимание сверхбыстрых явлений имеет решающее значение для многих областей науки и техники. Например, в физике SCARF может помочь изучить поведение элементарных частиц, а в химии — понять механизмы химических реакций. В материаловедении сверхбыстрые камеры помогут разработать новые материалы с уникальными свойствами, а в биологии — исследовать процессы, происходящие внутри живых клеток.

Помимо фундаментальных исследований, SCARF имеет и множество практических применений. Например, сверхбыстрые камеры могут быть использованы для разработки новых лекарств и методов лечения, для создания более совершенных лазеров и электроники, а также для улучшения материалов, используемых в различных областях, от строительства до авиации.

Будущее сверхбыстрой визуализации

SCARF — это лишь один из примеров того, как технологии сверхбыстрой визуализации меняют наше представление о мире. С каждым годом камеры становятся все быстрее и точнее, открывая перед учеными новые горизонты.

Можно с уверенностью сказать, что в будущем сверхбыстрые камеры будут играть еще более важную роль в научных исследованиях и технологических разработках.

Благодаря им мы сможем увидеть то, что раньше было невидимым, и получить ответы на вопросы, которые долгое время оставались без ответа.