激光能識別數百米之外的化學粉末(mò),例(lì)如爆炸(zhà)物或肥料,研究者將這一(yī)發現發表於近(jìn)日的美國《國家科學院院刊》上。
並未參與新研究的瑞士日內瓦大學物理學家JeromeKasparian說:“這是之前從未有過的新方法。”
研究者(zhě)開發出(chū)一種名為拉曼(màn)光譜學的探測技術,利用光束(shù)使分子處(chù)於震動、扭曲或搖(yáo)擺的(de)狀態(tài),之後光子會被重新發射或散射,隻不過其攜帶的能(néng)量要比照射進來時攜帶的能量低一些。這種能量上的差別由分子的性質決定,因此散射光子(zǐ)具備獨一無二的物質(zhì)特(tè)征。
但是拉曼(màn)光譜學有(yǒu)一個(gè)很大的硬傷(shāng),散射出的信號非常微弱,這意味著(zhe)很難探測到哪怕數(shù)十米外的物體。因(yīn)此,大多數研究者並不認為該技術能進行遠距離探測。美國得州農工大學物理學家VladislavYakovlev說:“所有傳統方法最多隻能在50米左右的(de)距離捕捉到信號。”
為了增強(qiáng)信號強度,Yakovlev領導的小組將待(dài)探測的樣本轉變為(wéi)激光束。就如同普通光束(shù)能夠依靠鏡子捕捉光線並反射光(guāng)束一樣,合適的粉末(mò)也能夠依靠活躍(yuè)的粒子捕捉光(guāng)線,之後(hòu)將光子散射出去。當光束以臨界值的強度射入時,信號(hào)強度會成倍增強。
這一現象被稱作隨機(jī)激光,研究者報告稱他們能利用該技術鑒別多種用於製造爆炸裝置的化學物質,例如(rú)硝酸銨和硝酸鈉。在實驗室狀態下(xià),激光束能(néng)夠通過一係列鏡(jìng)子在(zài)近400米的距離探測到這些(xiē)粉末。研究者計算,如果他們能夠在不(bú)依(yī)靠鏡子的情況下實現探測,那麽探測的直(zhí)線距離(lí)將延長到1000米。
Kasparian說:“實驗結果令人印象深刻,清晰地展示了探測幾百米外的物體是可行的。”
未(wèi)參與新研究的橡(xiàng)樹嶺國家實驗室物理學家AliPassian認為,新技術的一項主要難點在於,要求探測物質必須是粉末狀的,不過(guò)這也使其(qí)具備潛在的軍事和安全應(yīng)用價值,例如探測爆炸物(wù)和路邊炸彈。Passian說:“在經曆(lì)了2001年的‘9·11’恐怖(bù)襲擊事件後,安全部門一直要求我們開發類似的技術。”
Passian提醒道,在實驗室獲得成功並不意味著一定能應用到實踐(jiàn)中,灰(huī)塵、風力以及不斷升高的氣(qì)溫都會降低或扭曲激光(guāng)束。此外,目(mù)前還不清楚究竟需要多少粉末或何種濃度才能實現探測任務,如果危險(xiǎn)粉末與(yǔ)土壤混合在一起將為(wéi)探測工作帶來極大難度。