De snelste camera ooit gebouwd gaat helpen bij onzichtbaarheidsmantels

​We hebben gezien hoe kogels appels, flesjes water, en vele andere objecten penetreren met 5000 frames per seconde. We hebben gezien hoe glas breekt met een adembenemende tien miljoen frames per seconde. Maar wat krijg je als je camera's verbetert met een factor 10,000? Wat krijg je als je filmt met 100 miljard frames per seconde, wat kunnen wetenschappers daarmee?

Nou, eigenlijk kunnen ze daar bijzonder veel mee. Je kunt op je gemak kijken hoe licht beweegt – hoe het door en om objecten heen beweegt. En deze informatie is erg belangrijk als je die objecten uiteindelijk onzichtbaar wilt maken. "Het is misschien mogelijk om met de nieuwe cameratechnieken het onderzoek vooruit te helpen. Het onderzoek richt zich op optische technieken om objecten te verhullen, hoe licht buigt of om een object heen vervormd wordt, in plaats van er doorheen te gaan," licht ingenieur bij Darthmout, Brian Plough toe in Nature.

"Star Trek mag dit onderzoeksveld dan wel gepopulariseerd hebben, toch is het hartstikke echt. Er worden mooie vorderingen geboekt worden in fundamentele manieren om onzichtbaarheid te creëren, maar het onvermogen om interacties tussen licht en de objecten te kunnen bestuderen houdt het onderzoek nog tegen," zei Brian. Maar terug naar de camera, of beter gezegd de techniek achter de camera. De gebruikte techniek heet Compressed Ultrafast Photography (CUP), en het brein dat ermee op de proppen kwam behoort toe aan Lihon Wang; leider van het onderzoeksteam bij de Washington University in St. Louis. Om tot de baanbrekende 100 miljard frames per seconde te komen, wordt er een technologie gebruikt die afkomstig is van streak camera's. Hierbij beweegt binnenin de camera de sensor of spiegel erg snel om de afbeelding te creëren. Bij de CUP-techniek worden de fotonen die nodig zijn voor een afbeelding door een stralingsdeler gehaald en dan door een buis met enkele kleine spiegels. De fotonen worden omgezet in elektronen die de data vastleggen die nodig is voor het beeld – de tijd- en ruimtedata. Dit hele proces speelt zich af in een miljardste van een seconde, waarna de data op een computer geordend wordt. De technologie is indrukwekkend en best wel complex. Voorgaande camera's konden ongeveer op één miljard frames per seconde filmen. Dat konden ze echter wel alleen in één dimensie – je moest kiezen tussen ruimte of tijd, allebei filmen was geen optie. Daarnaast was het nog 100 keer langzamer natuurlijk, op zich wel het melden waard. Bij andere supersnelle camera's moest een gebeurtenis keer op keer plaatsvinden om het goed in beeld te krijgen. Een laser zou je dus vele keren achter elkaar moeten afvuren om het enigszins in beeld te krijgen.

Dus, wat zou je concreet met Wang's doorbraak kunnen doen? Naast het bestuderen van de interactie tussen licht en objecten, zou je ook optische communicatie, kwantum-fenomenen, en andere baanbrekende wetenschappelijke fenomenen onder de loep kunnen nemen. Net zoals de camera ook handig uitkomt bij onderzoek naar lichaamsprocessen die te snel of ingewikkeld voor de huidige camera's zijn.

Voor de eerste testen van het team kon Wang pulsreflecties, en door lucht racende fotonen visualiseren. Zelfs "sneller-dan-licht propagatie van non informatie" (beweging die sneller dan licht lijkt te gaan, maar geen informatie mee kan dragen) kan niet aan de camera ontsnappen.

Om eerlijk te zijn, weet niemand zeker wat we gaan aantreffen op de afbeeldingen.

"Het is onze hoop dat CUP betrokken kan zijn bij nieuwe ontdekkingen in de wetenschap – ontdekkingen waar we nog niet eens op kunnen anticiperen," zei Wang in een statement.

"Combineer de CUP-techniek met de Hubble telescoop, en dan krijgen we de scherpste ruimtelijke resolutie van de Hubble en de hoogste temporele resolutie dankzij de CUP. Die combinatie gaat gegarandeerd nieuwe wetenschap blootleggen."