光でも「ソニックブーム」発生時と同様のマッハコーンができることを世界で初めて撮影に成功

By Silver Blue

物体が超音速で飛行すると、物体前方と後方にそれぞれ衝撃波が発生して「ソニックブーム」と呼ばれる轟音が響くことが知られています。この衝撃波は円錐形をしていて「マッハコーン」と呼ばれています。光が移動するときにもマッハコーンと同じような円錐形の伴流(後流)が生み出されるのではないかということが長らく議論の的となってきましたが、このたび、世界で初めて「光のマッハコーン」が撮影されました。

Single-shot real-time video recording of a photonic Mach cone induced by a scattered light pulse | Science Advances
http://advances.sciencemag.org/content/3/1/e1601814

Ultrafast Camera Captures 'Sonic Booms' of Light for First Time
http://www.livescience.com/57572-ultrafast-camera-captures-sonic-booms-of-light.html

Ultrafast cameras capture 'sonic booms' of light | Daily Mail Online
http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4142128/Ultrafast-cameras-capture-sonic-booms-light.html

戦闘機が超音速で飛行した際に観測される衝撃波、およびソニックブームがどのようなものなのかは、以下のムービーを見るとわかりやすいです。

Supersonic Flight, Sonic Booms - YouTube


移動する光がマッハコーンに似た円錐状の伴流を生み出す可能性については議論が行われてきましたが、ワシントン大学の研究チームは世界で初めて光によって生成される円錐状の伴流、いわば「光のマッハコーン」の撮影に成功しました。

光は真空中で秒速約30万kmで移動しますが、ガラスを通るときは速度が約6割ほどに低下するとのこと。異なる物質を通過する場合に光の速度が変化する現象に注目した研究チームは、ドライアイスの水蒸気で満たした筒状の空間に緑色のレーザーの光パルスを発射し、観測するという実験を行いました。

撮影に使われたのは、毎秒1000億フレームを撮影できる超ハイスピードカメラ。このカメラで撮影したところ、以下のような「光のマッハコーン」を撮影することができました。

撮影の成功はハイスピードカメラによるところが大きいとのことで、研究チームは「今回使用したハイスピードカメラが脳内を移動するニューロンの観測に使えるようになるかもしれない」と話しています。

ちなみに、下記のような「機体後方に円錐状の雲が発生している」という写真は、マッハコーンではなくベイパーコーンと呼ばれる円錐状になった水蒸気をとらえたもの。環境によっては音速未満で発生することや、音速を超えても発生しないことがあります。

By Todd Lappin