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Descubren una nueva propiedad de la luz: el autotorque

De la tinta de Arturo Barba

Arturo Barba Viernes 28 De Junio, 2019 · 07:46 am
Descubren una nueva propiedad de la luz: el autotorque
El autotorque o “par motor”, es una propiedad que le permite a la luz torcerse o girar sobre su propio eje describiendo una espiral con tiempos variables, como un pequeño torbellino de luz

Un equipo de investigadores españoles y estadounidenses descubrieron una nueva propiedad de la luz: el autotorque o “par motor”, una propiedad que le permite a la luz torcerse o girar sobre su propio eje describiendo una espiral con tiempos variables, como un pequeño torbellino de luz, que ocurre gracias a una característica que los físicos conocen como momento angular.

Según se publica esta semana en la revista Science, este hallazgo descrito por los científicos como “autotorque de luz” suma una propiedad más que, junto a las ya conocidas intensidad y longitud de onda, permitirán al ser humano contar con una nueva herramienta para controlar la luz con haces estructurados.

Las aplicaciones de este logro realizado por el equipo de científicos encabezado por Laura Rego, del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Salamanca, apenas se vislumbran. Al controlar los haces de luz que cuentan con un Momento Angular Orbital (MAO) –característica que conjunta la mecánica clásica, cuántica y relativista– los investigadores literalmente pueden dirigir los giros de la luz a velocidades de rotación variables.

 

 

 

 

 

 

 

 

La nueva propiedad le permite a la luz torcerse o girar sobre su propio eje describiendo una espiral con tiempos variables, como un pequeño torbellino de luz. Imágenes: cortesía de Science.

Este avance de la física láser podría tener importantes aplicaciones científicas y tecnológicas en campos como las comunicaciones ópticas, microscopía, óptica cuántica y manipulación de micropartículas.

Con esto, los científicos pueden modular tanto la dirección como los tiempos variables de los giros de la luz para generar vórtices intensos, con los cuales se pueden atrapar pequeñas partículas o átomos.

Los investigadores españoles calcularon que los giros de estos torbellinos pueden generarse en tiempos variables, y para corroborarlo experimentalmente colaboraron con investigadores de la Universidad de Colorado, quienes reprodujeron esos cálculos en experimentos en su laboratorio de óptica láser. Con dos pulsos ultrarrápidos de láser infrarrojo atravesaron una nube de gas argón, misma que transformó los haces en pequeños torbellinos con velocidad variable en tiempos cambiantes.

“Aunque el autotorque se encuentra en diversos sistemas físicos (por ejemplo, electrodinámica y relatividad general), hasta la fecha no se sabía que la luz podría poseer tal propiedad sin una fuerza externa involucrada”, señalan los investigadores en el artículo científico. “Teóricamente hemos predicho y generado de manera experimental haces de luz con una nueva propiedad que llamamos el autotorque de luz, donde el contenido de MAO varía extremadamente rápido en el tiempo, a lo largo del mismo pulso”.

Los investigadores españoles calcularon que los giros de estos torbellinos pueden generarse en tiempos variables. Imagen: cortesía de Science.

Esta nueva propiedad abre caminos de los que pueden surgir herramientas extraordinarias que aún no se podrían precisar, sin embargo, vale la pena recordar que el año pasado se reconoció con el Premio Nobel de Física a tres científicos que hicieron grandes aportaciones en este mismo campo: la física láser. El estadounidense Arthur Ashkin, el francés Gérard Mourou y la canadiense Donna Strickland desarrollaron herramientas de luz que han permitido observar objetos extremadamente pequeños y procesos increíblemente rápidos, y obtener avanzados instrumentos de precisión que están abriendo áreas de investigación inexploradas y una multitud de aplicaciones industriales y médicas.

Arthur Ashkin desarrolló pinzas láser que mueven y atrapan átomos, moléculas, y hasta virus y bacterias, tal como sucede en la serie televisiva y cinematográfica Viaje a las Estrellas (Star Trek), donde se usa un rayo atractor para recuperar objetos en el espacio como naves, personas e incluso asteroides, sin necesidad de tocarlos con objetos.

Cabe precisar que la luz láser se crea a través de una reacción en cadena en las que las partículas de luz (los fotones) generan más fotones y pueden ser emitidos en pulsos en direcciones determinadas.

Donna Strickland y Gérard Mourou amplificaron pulsos de láser cortos a niveles sin precedentes que maximizan su potencia e intensidad. Tal como ocurre con las luces de estrobos en las discotecas que hacen ver en cámara lenta los movimientos, los pulsos ultracortos e intensos de láseres de solo algunos femtosegundos (la milbillonésima parte de un segundo) permitieron observar los procesos ultrarrápidos que ocurren en el micromundo de las moléculas, los microrganismos y los átomos.

Asimismo, esta luz láser ultraaguda hace posible el corte o la perforación de materiales de forma extremadamente precisa, incluso en la materia viva. Más tarde, con este avance se desarrolló el láser de alta intensidad que se utiliza en millones de cirugías oculares correctivas y en diversos kits quirúrgicos, comunes en la medicina moderna.

Probablemente estamos ante el advenimiento de un gran salto tecnológico gracias a la comprensión y manipulación de la luz.

Desarrollan una abeja robot autónoma

Investigadores de la Universidad de Harvard desarrollaron un pequeño robot de alas batientes inspirado en las abejas, cuya amplitud de alas es de dos centímetros de largo, con un peso de solo 259 miligramos (poco más de una cuarta parte de un gramo) y que puede volar por sí solo con paneles solares.

El llamado RoboBee X-Wing es un diminuto robot que puede ser útil para el monitoreo ambiental o la navegación en espacios confinados, indica un artículo publicado en la revista Nature de esta semana.

Además del reducido tamaño, este robot insecto de alas batientes tiene varias ventajas sobre los drones de ala fija o de rotores, que ahora son tan populares. Imagen: cortesía de Nature.

Estos mecanismos voladores tienen altos requerimientos de energía, especialmente a escalas pequeñas, pero las baterías de ion-litio pueden pesar varias veces la masa deseada de un vehículo del tamaño de un insecto; como resultado, dichos robots han tenido que ser atados con cables a fuentes de alimentación externas.

Al igual que Leonardo da Vinci, quien buscó emular el vuelo animal desde hace 500 años, el equipo de investigadores encabezado por Noah Jafferis logró desarrollar un robot capaz de volar de manera sostenida con su propia energía obtenida de pequeñas celdas solares.

Además del reducido tamaño, este robot insecto tiene varias ventajas sobre los drones de ala fija o de rotores, que ahora son tan populares. Las alas batientes hacen a los robots altamente ágiles y maniobrables, se mueven a velocidades más bajas y son más silenciosos. Por ello, el vuelo de aleteo ha sido una área de intenso interés entre los tecnólogos en las últimas décadas, donde han ocurrido muchos avances que han ampliado nuestra comprensión de la aerodinámica.

Este avance representa tres retos fundamentales. Primero, el uso de materiales utilizados para construir el robot deben ser resistentes, pero ligeros. En segundo lugar, el desarrollo ingenieril de actuadores (dispositivos que convierten la energía en movimiento) y de celdas solares pequeñas, ligeras y potentes; y en tercer lugar, los algoritmos de detección y control que los animales usan rutinariamente para mantener un vuelo estable y cuyas maniobras son sumamente complejas.

Comentarios y sugerencias: @abanav y abanav@gmail.com