Дзен
МОСКВА, 14 январяУченые из Томского политехнического университета в составе международной исследовательской группы объяснили уникальные эффекты взаимодействия света с каплями воды в ледяном тумане. Магнитные свойства двухслойных ледяных частиц, открытые учеными, будут полезны в магнитобиологии — науке, которая может объяснить поведение живых организмов. Результаты представлены в Scientific reports.
Частицы воды в переохлажденном воздухе (от минус 10 до минус 15 градусов) по своей структуре напоминают желейные конфеты: жидкость находится в ледяной оболочке, утверждают в Томском политехническом университете (ТПУ). Такие структуры являются резонаторами, которые могут способствовать образованию магнитных полей. Самый большой магнитный импульс испускается в момент замерзания капли, что является причиной уникальных оптических явлений: ледяных игл и световых столбов, которые также называют «прожекторами судного дня».
По мнению специалистов, ледяной туман можно назвать природным метаматериалом с оптической нейронной сетью. Мелкие частицы замерзшей воды могут «общаться» друг с другом посредством магнитных импульсов, которые чувствительны к представителям животного мира, например, птицам, так работает их внутренний навигатор во время сезонной миграции.
Ученые из ТПУ, физического факультета МГУ и Хуайиньского технологического института (Китай) создали модель магнитных эффектов в замерзающей капле воды в тумане. В ходе этого процесса специалисты обнаружили возникновение резонанса Фано — явления, которое теоретически может помочь в создании ряда новых, практически важных систем.
Возникновение резонанса Фано, как пояснили авторы исследования, можно представить себе так. Если в водоеме запустить волну, а затем запустить такую же волну под углом к первой, то при их столкновении образуется новый гребень. При этом из-за особенностей погоды и рельефа он будет неровным. То же самое происходит и с интерференцией электромагнитных волн.
«
"Оптика замерзающих капель — новое направление. Изучая туман, мы обнаружили, что пик резонанса Фано существенно меняется при изменении толщины ледяной оболочки замерзающей капли. «Во время обледенения оболочки капли увеличивается напряженность магнитного и электрического полей на ее полюсах, что вызывает необычные оптические явления», — рассказал руководитель проекта, профессор кафедры электронной инженерии Высшей школы неразрушающего контроля и безопасности жизнедеятельности ТПУ Игорь Минин.
Он отметил, что для подтверждения корректности полученной модели необходимы экспериментальные работы, что пока невозможно на имеющемся оборудовании.
«Существующие теоретические модели не учитывают магнитные эффекты. Мы предлагаем корректировки, которые в будущем позволят не только управлять светом в тумане, но и объяснять поведение в нем живых организмов, например ежей», — отметил специалист.
Работа поддержана Российским научным фондом, программой развития ТПУ.