Las ondas no siempre se extienden uniformemente en todas las direcciones, pero puede formar un notable "flujo ramificado". En TU Wien (Viena) se ha desarrollado un método para controlar este fenómeno.

En el espacio libre la onda de luz de un rayo láser se propaga en una línea perfectamente recta. Bajo ciertas circunstancias, sin embargo, el comportamiento de una ola puede ser mucho más complicado. En presencia de un desordenado, ambiente irregular ocurre un fenómeno muy extraño:una onda entrante se divide en varios caminos, se ramifica de forma complicada, llegando a algunos lugares con alta intensidad, evitando a los demás casi por completo.

Este tipo de "flujo ramificado" se observó por primera vez en 2001. Los científicos de TU Wien (Viena) han desarrollado ahora un método para aprovechar este efecto. La idea central de este nuevo enfoque es enviar una señal de onda exclusivamente a lo largo de una única rama preseleccionada, de tal manera que la ola apenas se nota en ningún otro lugar. Los resultados ya se han publicado en la revista. PNAS .

De las partículas cuánticas a los tsunamis

"Originalmente, Este efecto se descubrió al estudiar los electrones que se mueven como ondas cuánticas a través de pequeñas microestructuras. "dice el profesor Stefan Rotter del Instituto de Física Teórica de TU Wien." Esas estructuras, sin embargo, nunca son perfectos y siempre vienen con ciertas imperfecciones; y sorprendentemente estas imperfecciones hacen que la onda de electrones se divida en ramas, un efecto que se denomina flujo ramificado ".

Pronto resultó que este fenómeno ondulatorio no solo ocurre en la física cuántica. En principio, puede ocurrir con todo tipo de olas y en escalas de longitud completamente diferentes. Si, por ejemplo, se envían rayos láser a la superficie de una pompa de jabón, se dividen en varios haces parciales, al igual que las olas de un tsunami en el océano:estas últimas no se extienden regularmente por el océano, pero en cambio viajan en un complicado, patrón ramificado que depende de la forma aleatoria del lecho marino ondulado del océano. Como resultado, puede suceder que un tsunami golpee muy fuerte a una isla lejana, mientras que la isla vecina solo es alcanzada por frentes de onda mucho más débiles.

"Queríamos saber si estas ondas se pueden manipular de tal manera que solo viajen a lo largo de una única rama seleccionada, en lugar de propagarse a lo largo de toda una red ramificada de caminos en direcciones completamente diferentes, "dice Andre Brandstötter (TU Wien), primer autor de la publicación. "Y resulta que de hecho, es posible apuntar a ramas individuales de forma controlada ".

Analizar y adaptar

El nuevo procedimiento toma solo dos pasos:Primero, se permite que la ola se ramifique en todos los caminos posibles como de costumbre. En uno de los lugares a los que se llega con alta intensidad, la ola se mide en detalle. El método desarrollado en TU Wien se puede utilizar para calcular cómo se debe dar forma a la onda en el origen, para que en el segundo paso se pueda enviar a lo largo de una ruta seleccionada, evitando todos los demás caminos.

"Usamos simulaciones numéricas para mostrar cómo encontrar una onda que se comporte exactamente de la manera que queremos. Este enfoque se puede aplicar usando una variedad de métodos diferentes, ”dice Stefan Rotter.“ Puedes implementarlo con ondas de luz que se ajustan con sistemas especiales de espejos o con ondas de sonido que generas con un sistema de altavoces acoplados. Las ondas de sonar en el océano también serían un posible campo de aplicación. En todo caso, las tecnologías necesarias ya están disponibles ".

Con este nuevo método, Todos estos diferentes tipos de ondas podrían enviarse a lo largo de una sola trayectoria preseleccionada de una compleja red de caminos. "Esta trayectoria ni siquiera tiene que ser recta, ", explica Andre Brandstötter." Muchos de los caminos posibles son curvos; las irregularidades del entorno actúan como un conjunto de lentes mediante las cuales la onda se enfoca y desvía una y otra vez ".

Incluso las señales pulsadas se pueden enviar a lo largo de estos caminos especiales, de modo que la información se pueda transmitir de manera específica. Esto garantiza que una señal de onda llegue exactamente donde se supone que debe recibirse; en otros lugares apenas se puede detectar, lo que hace que escuchar a escondidas sea mucho más difícil.