Исследование опубликовано в журнале прикладной физики, Journal of Applied Physics.
Исследовательская группа планирует использовать эти теоретические результаты для разработки наночастиц, способных воспроизводить подобные эффекты в оптическом диапазоне. Такие наночастицы могут быть использованы, например, для создания датчиков и высокоэффективных солнечных элементов.
В то время как египетские пирамиды окружены многими мифами и легендами, у нас мало научно достоверной информации об их физических свойствах. Как оказалось, иногда эта информация оказывается более впечатляющей, чем любая фантастика.
Идея провести физическое исследование пришла в головы ученых ИТМО (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики) и Лазерного центра Ганновера (Laser Zentrum Hannover).
Физики заинтересовались тем, как Великая Пирамида будет взаимодействовать с резонансными электромагнитными волнами, или, другими словами, с волнами пропорциональной длины. Расчеты показали, что в резонансном состоянии пирамида может концентрировать электромагнитную энергию во внутренних камерах пирамиды, а также под ее основанием, где расположена третья, незавершенная камера.
Эти выводы были получены на основе численного моделирования и аналитических методов физики. Сначала исследователи предположили, что резонансы в пирамиде могут быть вызваны радиоволнами длиной от 200 до 600 метров. Затем они составили модель электромагнитного отклика пирамиды и рассчитали сечение вымирания. Это значение помогает оценить, какая часть энергии падающей волны может быть рассеяна или поглощена пирамидой в резонансных условиях. Наконец, на тех же условиях ученые получили распределение электромагнитных полей внутри пирамиды.
Распределение электрических величин (a — d) и магнитных (e — h) полей в плоскости x-z пирамиды, расположенной в свободном пространстве. Падающие (восходящие) волны поляризуются вдоль оси х. Черный прямоугольник внутри Пирамиды представляет собой «Царскую камеру». Направление распространения падающих плоских волн показано на рисунке ниже:
Чтобы объяснить результаты, ученые провели мультипольный анализ. Этот метод широко используется в физике для изучения взаимодействия между сложным объектом и электромагнитным полем. Объект, рассеивающий поле, заменяется набором более простых источников излучения: мультиполей. Сбор излучения мультиполей совпадает с полевым рассеянием на целом объекте. Поэтому, зная тип каждого мультиполя, можно предсказать и объяснить распределение и конфигурацию рассеянных полей во всей системе.
Великая пирамида привлекала исследователей, изучая взаимодействие между легкими и диэлектрическими наночастицами. Рассеяние света наночастицами зависит от их размера, формы и показателя преломления исходного материала. Изменяя эти параметры, можно определить режимы резонансного рассеяния и использовать их для разработки устройств для управления светом на наноуровне.
«Египетские пирамиды всегда привлекали большое внимание. Мы, как ученые, были заинтересованы в них, поэтому мы решили посмотреть на Великую пирамиду как на рассеянную частицу, излучающую радиоволны. Из-за отсутствия информации о физических свойствах пирамиды, мы должны были использовать некоторые предположения. Например, мы предположили, что внутри нет неизвестных полостей, а строительный материал со свойствами обычного известняка равномерно распределен внутри и из пирамиды. С учетом этих предположений мы получили интересные результаты которые могут найти важные практические приложения », — говорит Андрей Евлюхин, научный руководитель и координатор исследования.
Теперь ученые планируют использовать результаты для воспроизведения подобных эффектов в наномасштабе. «Выбирая материал с подходящими электромагнитными свойствами, мы можем получить пирамидальные наночастицы с перспективой практического применения в наносенсорах и эффективных солнечных элементах»,— говорит Полина Капитаинова, кандидат физико-технических наук Университета ИТМО.
