Los físicos ya han logrado demostrar la aceleración de los rayos de luz en superficies planas, donde la aceleración hizo que los rayos siguieran trayectorias curvas. Sin embargo, el nuevo experimento traspasó los límites de lo que se puede mostrar en el laboratorio. Los físicos fueron los primeros en demostrar la aceleración de un haz de luz en un espacio curvo. En lugar de moverse a lo largo de una ruta geodésica (la ruta más corta en una superficie curva), el rayo se desvió de la ruta debido a la aceleración.
El estudio, publicado en la revista Physical Review X, “abre la puerta a un nuevo campo de investigación de haces acelerados. Hasta ahora, la aceleración de los rayos se ha estudiado solo en un medio con geometría plana, como el espacio libre plano o en guías de ondas. En este artículo, los rayos ópticos siguieron trayectorias curvas en un medio curvo”, dice Anatoly Patsik, físico del Instituto de Tecnología de Israel.
El exitoso experimento, llevado a cabo por físicos del Instituto de Tecnología de Israel, la Universidad de Harvard y el Centro Astrofísico Harvard-Smithsonian, aumentará el potencial de investigación para más estudios de laboratorio de fenómenos como las lentes gravitacionales. Al realizar tales experimentos en el laboratorio, los científicos podrán estudiar los fenómenos predichos por la teoría de la relatividad general de Einstein bajo condiciones cuidadosamente controladas.
Primero, los científicos aceleraron un rayo láser haciéndolo rebotar en un modulador de luz espacial diseñado para modular la amplitud, fase o polarización de las ondas de luz. El rebote del rayo de este dispositivo imprime un frente de onda específico en el rayo, que acelera mientras mantiene su forma. Luego, los científicos apuntaron un láser acelerado al interior de una lámpara incandescente, que se pintó para dispersar la luz y hacerla visible para los investigadores.
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Los científicos observaron que moviéndose dentro de la lámpara, el rayo desviaba la trayectoria de la línea geodésica. Al comparar este movimiento con un rayo que no se aceleraba, encontraron que cuando no había aceleración, el rayo seguiría una línea.
Esta investigación podría ser el punto de partida para futuras investigaciones sobre los fenómenos que caen bajo la teoría general de la relatividad de Einstein. Patsik afirmó que “las ecuaciones de la relatividad general de Einstein determinan, entre otras cosas, la evolución de las ondas electromagnéticas en el espacio curvo. 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 entorno material, descrito por susceptibilidad eléctrica y magnética, que puede cambiar en el espacio.
Este experimento debería impulsar el desarrollo de la investigación sobre el tema de las lentes gravitacionales y los anillos de Einstein, el azul gravitacional o el desplazamiento al rojo, y mucho más. En el futuro, los científicos planean estudiar si los haces de plasma (en los que el plasma oscila en lugar de la luz) también pueden acelerarse en el espacio curvo.
Ilya Khel
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