物理学家发现一种新型横向声波

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【新唐人北京时间2021年12月16日讯】传统物理学认为声波一般是纵波,光波是横波。香港城市大学的一组科学家发现了一种新型声波,在空气中能够像光波一样传播。

纵波的振动方向与传播方向平行,而横波的振动方向与其传播的方向垂直。这份研究发现了一种新型声波,在空气中传播也像光波一样为横波,并且具有自旋角动量和轨道角动量。

这项研究的负责人香港城市大学物理学助理教授王书波介绍说:“在空气中传播的声波一般都是纵波,我们第一次展示在某些条件下,它也可以是横波。我们还研究了自旋角动量和轨道角动量之间的互动作用(spin-orbit interaction,横波的重要特性之一),也就是这两类角动量之间耦合的关系。这项成果为声控研究提供了一个新的自由度。”

王书波解释说,在空气中传播的声波因为缺乏剪切力(shear force),所以是纵波。他一直在探索有没有可能给声波增加剪切力,使它变成横波。他们的新研究提出了一个这样的方案。

他们造出一种“微级元材料”(micropolar metamaterial),里面有一些小小的叫做“元子”(meta-atom)的空心球体,直径比声波的波长短。研究称这种材料足够坚硬,里面的空气振动负责传播声波。

研究组的计算认为,当声波在这种材料内传播的时候,这些“元子”的共同作用会产生剪切力,从而产生带有自旋角动量和轨道角动量互动特性的声波。他们造出这种材料进行实验,证实了他们的计算结果。

研究者表示,这项成果为声学研究领域提供了全新的技术。王书波说:“这项发现将为声学通讯、传感和成像领域开辟一条全新的道路。”

这份研究10月21日发表于《自然·通讯》(Nature Communications)期刊。

(转自大纪元/责任编辑:叶萍)

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