Por primera vez, los físicos han observado que los “agujeros” en la luz pueden moverse más rápido que la propia luz.
Se les conoce como singularidades de período o vórtices ópticos, y desde la período de 1970, los científicos han predicho que, así como los remolinos en un río pueden moverse más rápido que el agua que fluye a su aproximadamente, además los remolinos en una onda de luz pueden aventajar la luz en la que están incrustados.
Esto no rompe la relatividad, que afirma que nadie puede delirar más rápido que la velocidad de la luz. Esto se debe a que los vórtices no transportan masa, energía o información, y su movimiento se zócalo en la geometría evolutiva del patrón de onda más que en cualquier movimiento físico a través del espacio.
Sin retención, ha sido difícil capturar este aberración en actividad porque se desarrolla en escalas de espacio y tiempo extremadamente pequeñas. El logro es un triunfo de la microscopía electrónica.
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“Nuestro descubrimiento revela leyes universales de la naturaleza compartidas por todo tipo de ondas, desde ondas sonoras y flujos de fluidos hasta sistemas complejos como los superconductores”, dice Ido Kaminer, físico del Instituto Tecnológico Technion de Israel.
“Este avance nos proporciona una poderosa útil tecnológica: la capacidad de mapear el movimiento de delicados fenómenos a nanoescala en materiales, revelado a través de un nuevo método (interferometría electrónica) que mejoría la honradez de la imagen”.
Aunque a nuestros fanales la luz parece uniforme, suceden muchas cosas que no podemos discernir fácilmente. La luz puede estar sujeta a perturbaciones similares a las observadas en otros sistemas dominados por la dinámica del flujo, incluido un tipo de singularidad de período que los científicos llaman vórtices ópticos.
La luz puede comportarse como partícula y como onda; Se forma un vórtice óptico cuando la onda excursión a medida que viaja, como un tirabuzón. En el centro mismo de ese desvío, la luz se anula, dejando un punto de intensidad cero, una especie de “agujero” umbrátil en la luz.
Se entiende matemáticamente que dos singularidades en un sistema de narración se juntarán, ganando velocidad a medida que se acercan, alcanzando velocidades que parecen exceder la velocidad de la luz en el malogrado.
“A medida que las singularidades con cargas opuestas se acercan entre sí, sus trayectorias en el espacio-tiempo deben formar una curva continua en el punto de aniquilación, forzando su precipitación a velocidades ilimitadas calibrado antiguamente de la aniquilación”, explican los investigadores en su artículo.
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Se ha observado en otros sistemas, pero estudiar cómo podría desarrollarse este proscenio en un campo radiante es poco más complicado. Se ha trabajado mucho en los laboratorios de física para estudiarlo, pero las observaciones de los vórtices ópticos se han conocido limitadas por la incapacidad de la tecnología para seguir el ritmo de la velocidad a la que se desarrollan la formación, el movimiento y la colisión de los vórtices.
Para aventajar estas limitaciones, Kaminer y sus colegas registraron el comportamiento de los vórtices ópticos en un material bidimensional llamado nitruro de boro hexagonal.
Este material soporta ondas de luz inusuales llamadas polaritones de fonones (híbridos de luz y vibraciones atómicas) que se mueven mucho más lentamente que la luz sola y pueden estar estrechamente confinadas. Esto crea intrincados patrones de interferencia llenos de muchos vórtices, lo que permite a los investigadores seguir su movimiento en detalle.
La segunda parte, crucial, fue capturar esas dinámicas en tiempo efectivo. El equipo desplegó un microscopio electrónico especializado de suscripción velocidad con una resolución espacial y temporal sin precedentes, que registró eventos que se desarrollaban en sólo 3 cuatrillones de segundo.
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Realizaron el test muchas veces, grabando cada vez con un mudable retraso en comparación con la ejecución previo. Al apilar los cientos de imágenes generadas de esta modo, los investigadores crearon un período de tiempo de los vórtices mientras se precipitaban en dirección a otros y se aniquilaban, alcanzando muy brevemente velocidades superluminales en el proceso.
El test tuvo superficie en un contexto bidimensional. El subsiguiente paso, dicen los investigadores, es intentar extender su trabajo a dimensiones superiores para observar comportamientos más complicados. Asimismo dicen que las técnicas que desarrollaron podrían ayudar a acometer algunas de las limitaciones actuales de la microscopía electrónica.
“Creemos que estas innovadoras técnicas de microscopía permitirán el estudio de procesos ocultos en física, química y biología”, dice Kaminer, “revelando por primera vez cómo se comporta la naturaleza en sus momentos más rápidos y esquivos”.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.
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