Пирамида Хеопса может концентрировать электромагнитную энергию во внутренних камерах и фокусировать ее в пространство под своим основанием. К такому выводу пришли ученые, воздействовавшие на пирамиду радиоволнами, чтобы исследовать ее резонансный электромагнитный отклик. Результаты исследования физики планируют использовать при проектировании наночастиц, которые смогут воспроизводить подобные эффекты в оптическом диапазоне. Подобные наночастицы могут найти применение, например, при разработке сенсоров и эффективных солнечных элементов. Исследование опубликовано в Journal of Applied Physics.
Египетские пирамиды окружены множеством мифов и легенд, но достоверной научной информации о некоторых их качествах мало. В новой работе физики решили изучить, как пирамида будет взаимодействовать с электромагнитными волнами соразмерной, то есть резонансной, длины. Расчеты показали, что в таком резонансном состоянии пирамида способна концентрировать электромагнитное поле, причем плотность энергии во внутренних камерах пирамиды может быть существенно повышенной. Также оказалось, что пирамида способна фокусировать радиоволны в пространстве под основанием, где располагается третья недостроенная камера.
Такие выводы ученым удалось сделать благодаря численному моделированию и аналитическим методам физики. Сначала группа ученых из Университета ИТМО и Лазерного центра Ганновера (Германия) оценила, что резонансными для пирамиды будут радиоволны с диапазоном длин от 200 до 600 метров. Затем они смоделировали электромагнитный отклик пирамиды и рассчитали сечение экстинкции — долю энергии падающих волн, которую пирамида может рассеивать и поглощать в резонансных условиях. Затем для этих же условий ученые получили распределения электромагнитных полей внутри пирамиды.
«Учитывая большой интерес к египетским пирамидам, мы решили взглянуть на Великую пирамиду (другое название пирамиды Хеопса — Великая пирамида Гизы, — прим. Indicator.Ru) как на частицу, резонансно рассеивающую радиоволны, — рассказывает один из авторов статьи Андрей Евлюхин. — Из-за недостатка сведений о физических свойствах пирамиды нам пришлось использовать некоторые допущения. Например, мы считали, что никаких неизвестных полостей в ней нет, а материал, из которого она сделана, однородно распределен в ее объеме и имеет свойства обычного известняка».
Чтобы объяснить полученные результаты, ученые провели мультипольный анализ. В физике этот метод применяют для того, чтобы изучить, как сложный объект взаимодействует с электромагнитным полем. Объект, рассеивающий поле, при этом заменяется на множество более простых источников излучения — мультиполей. Совокупность излучения мультиполей дает такую же картину, как рассеяние поля целым объектом. Поэтому, зная тип каждого мультиполя, можно предсказать и объяснить распределение и конфигурацию рассеянных полей в системе.
Физики обратили внимание на пирамиду Хеопса при изучении особенностей взаимодействия света с диэлектрическими наночастицами. То, как наночастицы рассеивают свет, зависит от их размера, формы и показателя преломления материала, из которого они состоят. Варьируя эти параметры, можно определить резонансные режимы рассеяния и использовать их при разработке устройств для управления потоками света на наноуровне.
Теперь ученые планируют использовать полученные результаты, чтобы воссоздать похожие эффекты на наномасштабе. «Подобрав материал с подходящими электромагнитными свойствами, можно получить наночастицы пирамидальной формы, перспективные для практического применения в разработке наносенсоров и эффективных элементов для солнечной энергетики», — делится планами соавтор работы Полина Капитанова из Университета ИТМО. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (РНФ).
