La fotocamera più veloce del mondo cattura il movimento della Luce

Se attivi un laser, sembra che il suo raggio di luce appaia all’improvviso. Lo stesso accade se si preme un interruttore in una stanza: all’improvviso, l’intera stanza sembra illuminata allo stesso tempo. Ma questo non è il caso perché i fotoni sono sparati a una velocità tale che il nostro occhio non è in grado di cogliere completamente il processo del movimento della luce.

Ora, i ricercatori del Caltech (USA) e dell’Università del Quebec (Canada) hanno inventato una macchina fotografica che ferma il tempo. Questa fotocamera è in grado di fare 10 mila miliardi di colpi al secondo, sufficienti per registrare immagini di un impulso di luce mentre viaggia attraverso lo spazio.

La straordinaria fotocamera è la più veloce al mondo, più del doppio in numero di quella sviluppata nel 2015 in grado di catturare 4,4 miliardi di foto al secondo. Si basa, secondo uno studio pubblicato su Light: Science & Applications, in una tecnologia chiamata fotografia compressa ultraveloce (CUP): cattura 100 miliardi di fotogrammi al secondo, ma in combinazione con un’altra fotocamera con immagine statica, i ricercatori sono stati in grado di ricostruire 10 mila miliardi fotogrammi.

“Sapevamo che usando una sola fotocamera di raggio femtosecondi, la qualità dell’immagine sarebbe stata limitata”, afferma Lihong Wang, professore di ingegneria medica presso Caltech e direttore del laboratorio di Immagini Ottiche (COIL) di Caltech. “Quindi, per migliorare questo, abbiamo aggiunto un’altra fotocamera che acquisisce un’immagine statica”. In combinazione con l’immagine acquisita dalla fotocamera a femtosecondi, possiamo usare quella che viene chiamata una trasformazione del radon per ottenere immagini di alta qualità durante la registrazione di 10 mila miliardi di fotogrammi al secondo”.

Realizzando il record mondiale per la velocità dell’immagine in tempo reale, T-CUP può alimentare una nuova generazione di microscopi per la scienza dei materiali biomedici e altre applicazioni. Questa fotocamera rappresenta un cambiamento fondamentale che ci consente di analizzare le interazioni tra luce e materia in una risoluzione temporale senza precedenti.

La prima volta che è stata utilizzata, la fotocamera ultraveloce ha aperto nuovi orizzonti catturando il tempo di messa a fuoco di un singolo impulso laser a femtosecondi in tempo reale (guarda l’immagine). Questo processo è stato registrato in 25 fotogrammi eseguiti ad un intervallo di 400 femtosecondi e descrive la forma, l’intensità e l’angolo di inclinazione dell’impulso luminoso.

“È un risultato di per sé”, afferma Jinyang Liang, l’autore principale di questo lavoro, che era un ingegnere alla COIL quando la ricerca è stata condotta, “ma vediamo già le possibilità di aumentare la velocità”. Velocità come quella assicurano un assaggio dei segreti ancora inosservabili delle interazioni tra luce e materia.