En una publicación reciente, los investigadores de la Universidad de Aalto muestran que en un medio transparente cada fotón está acompañado por una onda de densidad de masa atómica. La fuerza óptica del fotón pone en movimiento los átomos del medio y los hace transportar el 92% del impulso total deluz, en el caso del silicio.
El novedoso descubrimiento resuelve la paradoja del impulso centenario de la luz. En la literatura, ha existido dos valores diferentes para el impulso de la luz en el medio transparente. Por lo general, estos valores difieren en un factor de diez y esta discrepancia se conoce como elparadoja del momento de la luz. La diferencia entre los valores de momento es causada por descuidar el momento de los átomos que se mueven con el pulso de luz.
Para resolver la paradoja del momento, los autores prueban que la teoría especial de la relatividad requiere una densidad atómica adicional para viajar con el fotón. En simulaciones informáticas clásicas relacionadas, utilizan el campo de fuerza óptico y la segunda ley de Newton para mostrar que una onda deEl aumento de la densidad de masa atómica se propaga a través del medio con el pulso de luz.
La transferencia de masa conduce a la división del ímpetu total de la luz en dos componentes. La proporción de ímpetu de los campos es igual al ímpetu de Abraham, mientras que el ímpetu total, que incluye también el impulso de los átomos impulsados por la fuerza óptica, esigual al impulso de Minkowski.
"Dado que nuestro trabajo es teórico y computacional, aún debe verificarse experimentalmente, antes de que pueda convertirse en un modelo estándar de luz en un medio transparente. Medir el momento total de un pulso de luz no es suficiente, pero también hay que medir la transferenciamasa atómica. Esto debería ser factible utilizando las técnicas interferométricas y microscópicas actuales y materiales fotónicos comunes ", dice el investigador Mikko Partanen.
Los investigadores están trabajando en posibles aplicaciones optomecánicas habilitadas por la onda de choque óptica de los átomos predichos por la nueva teoría. Sin embargo, la teoría se aplica no solo a líquidos y sólidos transparentes sino también a diluir gas interestelar. Usando una simple consideración cinemática puedese demuestre que la pérdida de energía causada por el efecto de transferencia de masa se convierte en gas interestelar diluido proporcional a la energía del fotón y la distancia recorrida por la luz.
"Esto solicita simulaciones adicionales con parámetros realistas para la densidad de gas interestelar, las propiedades del plasma y la temperatura. Actualmente, la ley de Hubble se explica por el cambio Doppler que es más grande que las estrellas distantes. Esto apoya efectivamente la hipótesis de la expansión del universo. En la teoría del polaritón de masasde luz, esta hipótesis no es necesaria ya que el desplazamiento al rojo se vuelve automáticamente proporcional a la distancia desde la estrella hasta el observador ", explica el profesor Jukka Tulkki.
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Materiales proporcionado por Universidad de Aalto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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