Objecten onzichtbaar maken voor geluid: recent onderzoek toont aan dat dit in de praktijk mogelijk is. Een opmerkelijke stap voorwaarts in het hippe onderzoek naar metamaterialen.
De onderzoekers, Nicholas Fang en collega’s van de University of Illinois at Urbana-Champaign, maken gebruik van een aluminium schijf die een object in het midden van de schijf (en de schijf zelf) onderwater onzichtbaar maakt voor sensoren die geluidsgolven tussen de 52 en 64 kHz meten (Physical Review Letters, 10 januari). Een indrukwekkend resultaat, zeggen John Pendry van het Imperial College te London en Albert Polman, directeur van het FOM-instituut AMOLF desgevraagd. ‘Ik sta versteld’, zegt Polman.
De schijf is opgebouwd uit akoestische elementen die wat betreft werking overeenkomen met de componenten in een elektrisch netwerk. Hij buigt inkomende geluidsgolven op zo’n manier om het object, dat het voor een sensor achter het object net lijkt alsof er niks ligt tussen geluidsbron en sensor. In het experiment detecteerde een hydrofoon geluidsgolven die door een puntbron in water werden gemaakt. Fang gebruikte de schijf om een stalen cylinder van 13,5 bij 54,1 millimeter tussen de puntbron en de hydrofoon onzichtbaar te maken voor de hydrofoon.
Fabricage van de schijf is relatief eenvoudig. De onderzoekers denken.dan ook dat het apparaat goed te schalen is. Het wordt wel een probleem als de annulus moet worden aangepast aan hoorbaar geluid, aldus Polman: ‘De componenten zijn nu enkele millimeters groot. Als het voor geluidsgolven van, zeg, 1000 Hz moet werken, dan moeten de componenten zo’n 3 meter groot zijn.’ Dat maakt de schijf te groot voor praktische doeleinden.
De akoestische schijf is een voorbeeld van een metamateriaal. Dergelijke materialen hebben vreemde eigenschappen, zoals een negatieve brekingsindex. Dat maakt het (theoretisch) mogelijk een onzichtbaarheidsmantel te maken. Materialen met een negatieve brekingsindex komen in de natuur niet voor. Natuurkundigen dachten altijd dat het onmogelijk is dergelijk materiaal te maken, totdat Pendry in 2002 het tegendeel bewees.
Voor diegenen die dromen van een Harry Potter-achtige toepassing: ‘Ik zou er niet op gaan zitten wachten’, aldus Pendry. ‘Ik zie dat niet op de korte termijn gebeuren.’
Floris Olsthoorn
