Tutkijat osoittivat, miten valo etenee läpinäkyvässä väliaineessa – visualisointi toteutettiin CSC:llä
Tutkijat osoittivat, miten valo etenee läpinäkyvässä väliaineessa – visualisointi toteutettiin CSC:llä
Aalto-yliopiston tutkijat osoittavat tuoreessa julkaisussa, miten valo etenee läpinäkyvässä väliaineessa. Tutkimuksen visualisointi toteutettiin yhteistyössä CSC:n asiantuntijoiden kanssa.
Tutkijat selvittivät, että jokaista läpinäkyvässä väliaineessa kulkevaa fotonia seuraa atomitiheysaalto. Atomien liike aiheutuu fotonin optisesta voimasta, joka saa esimerkiksi piin atomit kuljettamaan 92 prosenttia valon kokonaisliikemäärästä.
Tutkijoiden kehittämä valon massa-aaltoteoria ratkaisee satavuotisen valon liikemäärän paradoksin. Tutkimukseen on käytetty kahta riippumatonta, mutta toisiaan täydentävää menetelmää. Molemmat lähestymistavat osoittavat, että kenttäenergian siirtymiseen läpinäkyvässä väliaineessa liittyy väistämättä massan siirtyminen. Siirtyvä massa muodostuu atomien tihentymästä, joka liikkuu fotonin kanssa väliaineen läpi.
– Koska työmme on teoreettinen ja laskennallinen, se täytyy yhä todistaa kokeellisesti ennen kuin siitä voi tulla standardimalli valolle läpinäkyvässä väliaineessa. Valopulssin kokonaisliikemäärän mittaaminen ei riitä, vaan on mitattava myös massasiirtymä. Tarvittavien kokeiden pitäisi olla mahdollisia käyttäen interferometrisiä ja mikroskooppisia tekniikoita sekä yleisesti saatavilla olevia materiaaleja, tutkija Mikko Partanen Aalto-yliopistosta sanoo.
Superkoneilla tehokasta visualisointia
Tutkimuksen visualisointi on tehty CSC:llä. Kuvituksessa näkyy, kuinka kiteen läpi etenevän valon optinen voima synnyttää atomisen massatiheysaallon.
CSC:n visualisointiasiantuntija, sovellusasiantuntija Jyrki Hokkanen ja Aalto-yliopiston tutkijat ideoivat yhdessä erilaisia tapoja havainnollistaa valon väliaineessa aiheuttamaa massatiheysaaltoa. Väliaineen hilakoppirakenne yksinkertaistettiin palloiksi, ja niiden siirtymät kuvattiin animaationa.
Tutkijoiden simulaatiotulokset visualisoitiin CSC:n Taito-palvelimen ParaView-ohjelmalla. Ilmiön periaatteet mallinnettiin ja animoitiin myös Blender-ohjelmalla simulaatiotuloksia mukaillen.
Blender on Open Source 3D-grafiikkaohjelma, joka on kehitetty animaatioelokuvien tuotantoon.
– Supertietokoneella ajettava tieteellinen visualisointi poistaa tarpeen siirtää dataa palvelimelta pöytäkoneelle ja mahdollistaa välitulosten visuaalisen tarkastelun. Superkonevisualisoinnin tehokkuus ja interaktiivinen käytettävyys ovat kehittyneet suuresti viime vuosina näyttökorttien asentamisen myötä, Hokkanen kertoo.
Vinkki!
CSC:n asiantuntijat auttavat datan visualisoinnissa tai tukevat visualisointien viimeistelyssä. Käytettävät sovellukset riippuvat datasta, jota analysoidaan. Tyypillisiä ohjelmistoja ovat esimerkiksi ParaView ja VMD. Tieteellisen visualisoinnin palveluun saat yhteyttä asiakaspalvelun kautta (servicedesk@csc.fi). Tarkemmat ohjeet löytyvät webbisivultamme.
Tekstin pohjana on käytetty Aalto-yliopiston uutista: Tutkijat osoittivat, miten valo etenee läpinäkyvässä väliaineessa, 30.6.2017. Tutkimusartikkeli: Mikko Partanen, Teppo Häyrynen, Jani Oksanen, and Jukka Tulkki. Photon mass drag and the momentum of light in a medium. Physical Review A 95. DOI: 10.1103/PhysRevA.95.063850