ENGINEERINGNET.BE - Het is voor deeltjesfysici bijzonder moeilijk om de elementaire deeltjes te identificeren die ontstaan bij botsingen in deeltjesversnellers. Door deze optische schokgolven kunnen de elementaire bouwstenen van ons universum efficiënter gedetecteerd worden.
Een sonische schokgolf wordt gevormd rond een vliegtuig dat de geluidsbarrière breekt. Op een gelijkaardige manier ontstaat er een optische schokgolf rond een deeltje dat sneller beweegt dan licht in een transparant materiaal. Deze lichtkegel wordt ook wel Cerenkovstraling genoemd.
Deze bijzondere straling wordt onder meer gebruikt door deeltjesfysici bij het onderzoek van de kleinste bouwstenen van ons universum. De eigenschappen van de lichtkegel, in het bijzonder de scherpte van de openingshoek, zijn immers een maat voor de snelheid van de deeltjes die het licht genereren. Dit helpt natuurkundigen om de grote aantallen deeltjes die ontstaan in de gewelddadige botsingen in deeltjesversnellers te identificeren.
Jammer genoeg satureert de hoek van de lichtkegel bij hogere energie van de deeltjes - alle deeltjes met een grote energie genereren lichtkegels met ongeveer dezelfde hoek. Hierdoor zijn deze deeltjes nauwelijks te onderscheiden.
De onderzoekers hebben dit probleem aangepakt door een artificieel materiaal te ontwerpen, dat de schokgolven op een bijzondere manier manipuleert. Hierdoor vertonen de openingshoeken van de lichtkegels rond verschillende elementaire deeltjes grote verschillen.
De methode die gebruikt werd om het nieuwe materiaal te ontwerpen staat gekend als de transformatieoptica. Het is een vrij recente theorie die een zeer vruchtbare combinatie van de werktuigen van Einsteins relativiteitstheorie en de optica is, en werd eerder gebruikt om onzichtbaarheidsmantels en artificiële zwarte gaten te construeren.
(bron en foto: VUB)
Op de figuur:
De figuur toont de Cerenkovkegel gemaakt door deeltjes die bewegen door een speciaal ontworpen metamateriaal. Het materiaal bestaat uit zilveren cilinders die enkele tientallen nanometers dik zijn en ingebed zijn in een transparant materiaal. Het dambord illustreert de coördinatentransformatie die gebruikt werd om de eigenschappen van de Cerenkovgolven te verbeteren.
