Los científicos han demostrado por primera vez cómo las ondas sonoras "retorcidas" de una fuente giratoria pueden producir frecuencias negativas, similar a retroceder el tiempo.

Un equipo de investigadores internacionales, incluidos físicos de la Universidad de Exeter, han construido un sistema capaz de invertir el momento angular de una onda sonora observándola desde un marco giratorio.

El estudio, que también incluye científicos de las universidades de Glasgow e Illinois Wesleyan en los EE. UU., se publica en revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias .

El efecto Doppler es un fenómeno familiar para cualquiera que haya visto pasar una ambulancia mientras suena su sirena.

Cuando la ambulancia se acerca al observador, las ondas sonoras 'se acumulan', elevando la frecuencia de las ondas y haciendo que el sonido de la sirena aumente de tono, un proceso conocido por los científicos como "blueshift". Una vez que la ambulancia pasa, las ondas sonoras se 'estiran', bajando su frecuencia y bajando el tono - conocido como 'corrimiento al rojo'.

Profesor Miles Padgett, la Cátedra Kelvin de Filosofía Natural de la Universidad de Glasgow, dijo:“Sabemos desde hace un tiempo que ocurren cosas extrañas cuando el observador hipotético persigue el sonido emitido por la sirena de una ambulancia a velocidades supersónicas y crea lo que podríamos llamar una frecuencia 'negativa'.

"A esas velocidades, el observador escucharía el sonido de la sirena al revés, porque el observador ahora se mueve más rápido que el sonido que está escuchando, el sonido más reciente que hace llegará al observador antes que los que hizo en el pasado, lo contrario de cómo viaja el sonido a velocidades subsónicas ".

Ya sea supersónico o subsónico, lo que el hipotético observador de ambulancias está observando se conoce más propiamente como efecto Doppler lineal, donde las ondas sonoras viajan en línea recta a medida que se produce el movimiento entre el objeto y el observador.

En 1981, un químico llamado Bruce Garetz demostró por primera vez el efecto Doppler rotacional, donde los cambios de frecuencia ocurren cuando las ondas electromagnéticas (en este caso, las ondas de luz) se mueven en un círculo alrededor de un solo punto fijo. A diferencia de los cambios Doppler lineales, No se ha demostrado que los cambios de rotación Doppler generen frecuencias negativas, ya que no hay movimiento entre el objeto y el observador.

En investigaciones anteriores, Investigadores de Glasgow han explorado cómo se ve afectado el desplazamiento Doppler rotacional cuando los campos eléctricos y magnéticos de la luz reciben un 'giro' al estilo de un sacacorchos, una propiedad conocida como momento angular orbital. o 'OAM'. Su trabajo mostró que el OAM de la luz láser tiene un desplazamiento Doppler cuando golpea una superficie reflectante giratoria. y lleva información sobre la velocidad de rotación de la superficie.

En su nueva investigación, eligieron explorar cómo el OAM de las ondas sonoras se ve afectado por la rotación. Para hacerlo organizaron 16 altavoces en un círculo, frente a dos micrófonos montados en un anillo giratorio. Al colocar los micrófonos ligeramente separados entre sí, podían medir la magnitud y el OAM direccional de las ondas acústicas de los altavoces como el tramo del anillo giratorio.

Dr. Dave Phillips, de la Universidad de Exeter, agregó:"Es un hallazgo muy interesante, con aplicaciones potenciales en una variedad de disciplinas científicas, incluida la relatividad general. Estamos ansiosos por seguir explorando las implicaciones de los hallazgos en el futuro ".

Dr. Graham Gibson de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow, un autor principal del artículo, añadió:"Descubrimos que, de hecho, podíamos generar ondas acústicas con desplazamiento Doppler rotacional negativo que invirtieran el OAM de la onda, que es algo que no se ha demostrado antes, esencialmente, podríamos revertir el giro de las ondas acústicas.

"Es más, podríamos generar esas frecuencias negativas mientras el anillo de nuestro micrófono se amplía muy bajo, velocidades subsónicas, con una velocidad de rotación de alrededor de 25Hz, algo que es imposible en los desplazamientos Doppler lineales ".

El papel del equipo, titulado 'Inversión del momento angular orbital que surge de un desplazamiento Doppler extremo', se publica en Actas de la Academia Nacional de Ciencias .