Alla som någon gång har badat vet att ljusstrålar bryts vid övergången mellan luft och vatten. I andra situationer ger samma fenomen upphov till långt mer intrikata effekter än synbart förändrade kroppsproportioner, och effekten uppträder inte bara för synligt ljus, utan även för till exempel radiovågor.

I avhandlingen "Nya radiofönster och skruvade strålknippen" presenterar Erik Nordblad (Institutet för rymdfysik) forskning som utvidgar förståelsen för två olika problem på detta tema.

Avhandlingens första del handlar om starka radiovågor i rymden några tiotals mil ovanför jordytan (jonosfären), vilka bland annat kan ge upphov till något som kan kallas konstgjort norrsken. Vid experiment observeras regelmässigt att radiostrålen fokuserar sig själv i riktning längs jordens magnetfält, den s k magnetisk zenit – eller MZ-effekten. Denna tros av många vara kopplad till striationer (förtunningar i jonosfärsplasmat).

Genom att numeriskt modellera radiovågor i jonosfären med striationer har Erik Nordblad studerat effekter av fokusering samt transmission genom det så kallade radiofönstret, som tillåter vågorna att nå högre höjder än vad som annars vore möjligt. Resultaten ger vid handen att även nya radiofönster kan öppnas, med följden att fokuseringen av radiostrålen förstärks ytterligare. De undersökta mekanismerna förslås därför ha betydelse för MZ-effekten.

Den ovan beskrivna studien visar främst på de fenomen som kan uppträda då förhållandevis enkla vågor möter ett komplicerat medium. För avhandlingens andra del gäller snarast det omvända. Här behandlas hur skruvade strålar beter sig i enklast tänkbara medium.

– Medan en vanlig stråle kan ses som en följd av oräkneliga vågor med plana vågfronter har den skruvade motsvarigheten endast en eller ett fåtal spiralformade vågfronter som vrider sig kring strålens axel. Vågfronternas vridning är förknippad med roterande energi, det vill säga en typ av elektromagnetiskt rörelsemängdsmoment kallat orbitalt rörelsemängdsmoment (OAM), säger Erik Nordblad.

Skruvade radiostrålar kan på sikt kraftigt utöka informationskapaciteten för trådlös kommunikation. Strålarna ger också helt nya möjligheter att studera roterande fenomen i rymden såväl som i laboratoriet. Det är därför viktigt att förstå hur skruvade strålar beter sig när de fortplantas, till exempel i rymden.

Avhandlingen visar att skruvade strålar förskjuts på ett sätt som inte vanliga strålar gör när de fortplantas och böjs av genom mediet. Beräkningarna utvidgar tidigare resultat som erhållits för endast mycket smala (paraxiella) strålar, såsom laserstrålar. Beräkningarna visar också att de icke-paraxiella effekterna i vissa situationer kan förväntas dominera även för smala strålar – en förutsägelse som bör kunna inspirera till nya experiment, enligt ett pressmeddelande.

Doktorsavhandlingen”Opening New radio windows and Bending Twisted Beams ” i fysik med inriktning mot  rymd- och plasmafysik läggs fram vid Uppsala universitet i morgon fredag (28 oktober 2011).

Filed under: SvenskTeknik