Голографические изображения свободно движущихся частиц воздуха могут помочь наблюдателям за изменением климата и биологическим оружием лучше контролировать атмосферу, согласно недавнему исследованию Канзасского государственного университета.
Главный исследователь Мэтью Берг, адъюнкт-профессор физики, сказал, что исследование, опубликованное в Nature's Scientific Reports, является ключом к пониманию аэрозольного состава атмосферы Земли.
«У нас есть эти маленькие кусочки частиц, плавающие в воздухе, и люди хотят знать, из чего они сделаны, но если мы разрушим их, это может изменить их форму», - сказал Берг.«До сих пор не существовало какого-либо уникального и надежного способа подтвердить свойства размера и формы частиц в их естественной форме. Мы решили обратную задачу».
Ссылаясь на проблему, которая решается в обратном направлении от результатов к причине, Берг сказал перед этим исследованием, что обратная задача с аэрозольными частицами была в значительной степени обоснованной догадкой, основанной на математических расчетах. Исследователи не могли объективно определить свободно плавающие аэрозольные частицы, потому что простое улавливание частицы и рассмотрение ее под микроскопом могло изменить ее физическую форму или размер. Теперь они могут отражать световые волны от частицы и измерять отклонение.
Метод, описанный в публикации, позволяет получать голографические изображения парящих в воздухе частиц с помощью двух перекрывающихся лазеров: красного и зеленого. Зеленый лазер - это традиционный метод, который можно использовать для измерения отклонения света; используя красный лазер, они также получают трехмерное изображение, которое может субъективно объяснить различные формы частиц.
«Мы получаем два свойства - размер и форму - которые всегда хотели получить», - сказал Берг. «У нас по-прежнему есть все преимущества, которые были у людей за последние 50 лет - светорассеяние, бесконтактность и быстрые измерения - а затем мы можем поместить это на прибор и летать на нем в воздухе».
Берг работает над установкой лазерной установки на беспилотный летательный аппарат для измерения свободно текущих аэрозольных частиц в атмосфере. По словам Берга, удаление частиц из их естественной среды может изменить форму частиц. Например, если частицы заморожены в атмосфере и ученые собирают их, чтобы вернуть на землю для изучения, частицы могут расплавиться и изменить свою форму и размер.
«Если мы думаем о науке о климате, они хотят знать размер и форму частиц, плавающих в атмосфере», - сказал Берг. «Эта информация может помочь климатологам определить, сколько солнечного света эти частицы рассеивают или поглощают, а если они поглощают, то насколько сильно они нагревают окружающую атмосферу."
Исследование финансируется Национальным научным фондом через премию Берга CAREER, а также Военным исследовательским бюро за его потенциал для мониторинга биологического оружия, такого как сибирская язва.