6 de julio de 2020
15 de enero de 2018

Aceleran la luz en un espacio curvo para emular la relatividad

Aceleran la luz en un espacio curvo para emular la relatividad
PATSYK ET AL. 2018 AMERICAN PHYSICAL SOCIETY

   MADRID, 15 Ene. (EUROPA PRESS) -

   Al hacer brillar un láser por la carcasa interior de una bombilla incandescente, físicos han realizado la primera demostración experimental de un rayo de luz que se acelera en el espacio curvo.

   En lugar de moverse a lo largo de una trayectoria geodésica (el camino más corto en una superficie curva), el rayo acelerado se aleja de la trayectoria geodésica como resultado de su aceleración.

   Anteriormente, se habían demostrado rayos de luz acelerados en superficies planas, en las cuales su aceleración hace que sigan trayectorias curvas en lugar de líneas rectas. Ahora, la extensión de los haces de aceleración a las superficies curvas abre las puertas a posibilidades adicionales, como la emulación de fenómenos de relatividad general (por ejemplo, lentes gravitacionales) con dispositivos ópticos en el laboratorio.

   Los físicos, Anatoly Patsyk, Miguel A. Bandres y Mordechai Segev en el Technion --Instituto de Tecnología de Israel, junto con Rivka Bekenstein en la Universidad de Harvard y el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica--, han publicado un documento sobre la aceleración de los haces de luz en curvas espacio en una edición reciente de Physical Review X.

   "Este trabajo abre las puertas a una nueva vía de estudio en el campo de la aceleración de haces", dijo Patsyk a Phys.org. "Hasta ahora, los haces de aceleración se estudiaron solo en un medio con una geometría plana, como espacio libre plano o guías de onda de losa. En el trabajo actual, los rayos ópticos siguen trayectorias curvas en un medio curvado".

   En sus experimentos, los investigadores primero transformaron un rayo láser común en uno acelerador al reflejar el rayo láser de un modulador de luz espacial. Como explican los científicos, esto imprime un frente de onda específico sobre el haz. El haz resultante se está acelerando y conservando la forma, lo que significa que no se extiende a medida que se propaga en un medio curvado, como lo harían los haces de luz ordinarios. El rayo de luz que se acelera se lanza luego a la carcasa de una bombilla incandescente, que se adaptó para dispersar la luz y hacer visible la propagación del rayo.

   Al moverse a lo largo del interior de la bombilla, el rayo acelerado sigue una trayectoria que se desvía de la línea geodésica. A modo de comparación, los investigadores también lanzaron un rayo no acelerado dentro de la cáscara de la bombilla, y observaron que ese rayo sigue la línea geodésica. Al medir la diferencia entre estas dos trayectorias, los investigadores pudieron determinar la aceleración del haz acelerado.

   La capacidad de acelerar los rayos de luz a lo largo de superficies curvas tiene una variedad de aplicaciones potenciales, una de las cuales es emular fenómenos de relatividad general.

   "Las ecuaciones de Einstein de la relatividad general determinan, entre otros temas, la evolución de las ondas electromagnéticas en el espacio curvo", dijo Patsyk. "Resulta que la evolución de las ondas electromagnéticas en el espacio curvo de acuerdo con las ecuaciones de Einstein es equivalente a la propagación de ondas electromagnéticas en un medio material descrito por las susceptibilidades eléctricas y magnéticas que pueden variar en el espacio. Esta es la base de la emulación numerosos fenómenos conocidos de la relatividad general por las ondas electromagnéticas que se propagan en un medio material, dando lugar a efectos emuladores como lentes gravitacionales y anillos de Einstein, desplazamiento azul gravitacional o desplazamiento rojo, que hemos estudiado en el pasado, y mucho más".

   Los resultados también podrían ofrecer una nueva técnica para controlar nanopartículas en vasos sanguíneos, microcanales y otros ajustes curvos. La aceleración de haces plasmónicos (que están hechos de oscilaciones de plasma en lugar de luz) podría usarse potencialmente para transferir energía de un área a otra en una superficie curva. Los investigadores planean explorar más estas posibilidades y otras en el futuro.