激光能識別數百(bǎi)米之外的化學粉末,例如爆炸物或肥料,研究者將這一發現發表(biǎo)於近日的美國《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(qián)從未有過的新方法。”

研究者開發出一種名(míng)為拉曼光譜學的探測技(jì)術,利用光束(shù)使分子處於震動、扭曲或搖擺的狀態,之後光(guāng)子會被重新發射或散射,隻不過其攜帶的能量(liàng)要(yào)比照射進來時攜帶的能(néng)量低一些。這種能量上的(de)差(chà)別由分子的性質決定,因此散射光子具備獨一無二的物質特(tè)征。

但是拉曼光譜學有一個很大的硬傷,散射出的信號非常微弱,這意味著很難探測(cè)到哪怕(pà)數(shù)十(shí)米外的物體。因此,大多數研究者並不(bú)認(rèn)為該技(jì)術能進行遠距離探測。美國得州農工大(dà)學(xué)物理學家VladislavYakovlev說:“所有傳統方法最多隻能在50米左右的距離捕捉到信號。”

為了增強信號強度,Yakovlev領(lǐng)導的小組將待探測的樣本轉變(biàn)為激光束。就如同普通光束能夠依靠鏡子捕捉光(guāng)線並反射光束一樣,合適的(de)粉末也能夠依靠活躍的粒子捕捉光線,之(zhī)後將光(guāng)子散射出去。當(dāng)光束以臨(lín)界(jiè)值的(de)強度射入時,信號強度會成倍增強。

這(zhè)一現象被稱作隨機激光,研究者報告稱他們(men)能利用該技術鑒別多種用於製造爆炸裝置的化學物質,例如硝酸銨和硝酸鈉。在實驗室狀態下(xià),激光束能夠通過一(yī)係列鏡子在近(jìn)400米的距離(lí)探測到(dào)這些粉末。研(yán)究者計算,如果他們能夠在不依靠鏡子的情況(kuàng)下實現探測,那(nà)麽(me)探測的直線距離將延長到1000米(mǐ)。

Kasparian說:“實驗結果令人印象深刻,清(qīng)晰地展示(shì)了探測幾百米外的物體是可行的。”

未參與新研究的橡樹嶺國家(jiā)實驗室物理學家AliPassian認為,新技術的一項主要難點在(zài)於,要求探測物(wù)質必須是(shì)粉末狀的,不過這也使其具備潛在的軍事(shì)和(hé)安全應(yīng)用價值,例如探測爆炸物和路邊炸彈。Passian說:“在經曆了2001年的(de)‘9·11’恐怖襲擊(jī)事件後,安全(quán)部門一直要求我們開發類(lèi)似的(de)技術。”

Passian提醒道,在實(shí)驗室獲(huò)得(dé)成功並不意味著一定能應用到實踐中,灰塵(chén)、風力以及不斷(duàn)升高的(de)氣(qì)溫都會降低或扭曲激光束。此外,目前還不清楚究竟(jìng)需(xū)要多少粉末或何種濃度才能實現探測任務,如果危險粉末與土壤混合在一(yī)起將為探(tàn)測工作帶來極大難度。