Al hacer brillar un láser a lo largo de la carcasa interior de una bombilla incandescente, Los físicos han realizado la primera demostración experimental de un rayo de luz acelerado en un espacio curvo. En lugar de moverse a lo largo de una trayectoria geodésica (el camino más corto en una superficie curva), el rayo de aceleración se desvía de la trayectoria geodésica como resultado de su aceleración.

Previamente, Se ha demostrado la aceleración de los rayos de luz en superficies planas. en el que su aceleración hace que sigan trayectorias curvas en lugar de líneas rectas. La extensión de las vigas de aceleración a superficies curvas abre las puertas a posibilidades adicionales, como emular los fenómenos de la 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 artículo sobre la aceleración de los rayos de luz en el espacio curvo en un número reciente de Revisión física X .

"Este trabajo abre las puertas a una nueva vía de estudio en el campo de las vigas aceleradoras, "Dijo Patsyk Phys.org . "Hasta ahora, Las vigas aceleradoras se estudiaron solo en un medio con una geometría plana, como guías de ondas de losa o espacio libre plano. En el trabajo actual, los haces ópticos siguen trayectorias curvas en un medio curvo ".

En sus experimentos, Los investigadores primero transformaron un rayo láser ordinario en uno de aceleración al reflejar el rayo láser fuera de un modulador de luz espacial. Como explican los científicos, esto imprime un frente de onda específico en el haz. El rayo resultante acelera y conserva la forma, lo que significa que no se extiende a medida que se propaga en un medio curvo, como harían los haces de luz ordinarios. El rayo de luz de aceleración se lanza a la carcasa de una bombilla incandescente, que fue pintado para dispersar la luz y hacer visible la propagación del rayo.

Al moverse por el interior de la bombilla, el rayo de aceleración sigue una trayectoria que se desvía de la línea geodésica. Para comparacion, Los investigadores también lanzaron un rayo no acelerado dentro de la carcasa de la bombilla, y observó que ese rayo sigue la línea geodésica. Midiendo la diferencia entre estas dos trayectorias, los investigadores pudieron determinar la aceleración del rayo acelerador.

Considerando que la trayectoria de un rayo en aceleración sobre una superficie plana está determinada enteramente por el ancho del rayo, El nuevo estudio muestra que la trayectoria de un rayo en aceleración en una superficie esférica está determinada tanto por el ancho del rayo como por la curvatura de la superficie. Como resultado, un rayo en aceleración puede cambiar su trayectoria, así como enfocar y desenfocar periódicamente, debido a la curvatura.

La capacidad de acelerar los rayos de luz a lo largo de superficies curvas tiene una variedad de aplicaciones potenciales, uno de los cuales emula los fenómenos de la relatividad general.

"Las ecuaciones de la relatividad general de Einstein determinan, entre otras cuestiones, la evolución de las ondas electromagnéticas en el espacio curvo, ", Dijo Patsyk." Resulta que la evolución de 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 para emular 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 las nanopartículas en los vasos sanguíneos, microcanales, y otras configuraciones curvas. Los rayos plasmónicos acelerados (que están hechos de oscilaciones de plasma en lugar de luz) podrían potencialmente usarse para transferir energía de un área a otra en una superficie curva. Los investigadores planean explorar más a fondo estas posibilidades y otras en el futuro.

"Ahora estamos investigando la propagación de la luz dentro de las membranas curvas más delgadas posibles:pompas de jabón de espesor molecular, ", Dijo Patsyk." También estamos estudiando fenómenos de ondas lineales y no lineales, donde el rayo láser afecta el grosor de la membrana y, a cambio, la membrana afecta al rayo de luz que se propaga dentro de ella ".

© 2018 Phys.org