En una publicación reciente, Los investigadores de la Universidad de Aalto muestran que en un medio transparente cada fotón está acompañado por una onda de densidad de masa atómica. La fuerza óptica del fotón pone en movimiento los átomos del medio y hace que transporten el 92% del impulso total de la luz, en el caso del silicio.

El nuevo descubrimiento resuelve la paradoja centenaria del impulso de la luz. En la literatura, Ha existido dos valores diferentes para el impulso de la luz en el medio transparente. Típicamente, estos valores difieren en un factor de diez y esta discrepancia se conoce como la paradoja del impulso de la luz. La diferencia entre los valores de la cantidad de movimiento se debe a que se ignora la cantidad de movimiento de los átomos que se mueven con el pulso de luz.

Para resolver la paradoja del momento, los autores demuestran que la teoría especial de la relatividad requiere una densidad atómica extra para viajar con el fotón. En simulaciones por ordenador clásicas relacionadas, utilizan el campo de fuerza óptico y la segunda ley de Newton para mostrar que una onda de mayor densidad de masa atómica se propaga a través del medio con el pulso de luz.

La transferencia de masa conduce a la división del impulso total de la luz en dos componentes. La participación de los campos en el impulso es igual al impulso de Abraham, mientras que el impulso total, que incluye también el impulso de los átomos impulsados ​​hacia adelante por la fuerza óptica, es igual al impulso de Minkowski.

"Dado que nuestro trabajo es teórico y computacional, aún debe verificarse experimentalmente, antes de que pueda convertirse en un modelo estándar de luz en un medio transparente. Medir el impulso total de un pulso de luz no es suficiente, pero también hay que medir la masa atómica transferida. Esto debería ser factible utilizando las actuales técnicas interferométricas y microscópicas y materiales fotónicos comunes. "dice el investigador Mikko Partanen.

Posibles aplicaciones interestelares del descubrimiento

Los investigadores están trabajando en posibles aplicaciones optomecánicas habilitadas por la onda de choque óptica de los átomos predicha por la nueva teoría. Sin embargo, la teoría se aplica no solo a líquidos y sólidos transparentes, sino también al gas interestelar diluido. Usando una consideración cinemática simple, se puede demostrar que la pérdida de energía causada por el efecto de transferencia de masa se vuelve para el gas interestelar diluido proporcional a la energía del fotón y la distancia recorrida por la luz.

"Esto solicita más simulaciones con parámetros realistas para la densidad del gas interestelar, Propiedades y temperatura del plasma. Actualmente, la ley de Hubble se explica por el hecho de que el desplazamiento Doppler es mayor desde las estrellas distantes. Esto apoya efectivamente la hipótesis de un universo en expansión. En la teoría de la luz del polaritón de masas, esta hipótesis no es necesaria ya que el desplazamiento al rojo se vuelve automáticamente proporcional a la distancia de la estrella al observador, "explica el profesor Jukka Tulkki.