Los científicos aplicados liderados por Kerry Vahala de Caltech han descubierto un nuevo tipo de onda de solitón óptico que viaja a raíz de otras ondas de solitón, enganchando un paseo y alimentándose de la energía de la otra onda.
Los solitones son ondas localizadas que actúan como partículas: a medida que viajan a través del espacio, mantienen su forma y forma en lugar de dispersarse como lo hacen otras ondas. Fueron descubiertas por primera vez en 1834 cuando el ingeniero escocés John Scott Russell notó una ola inusual que se formó despuésla parada repentina de una barcaza en el Canal de la Unión que corre entre Falkirk y Edimburgo. Russell siguió la ola resultante durante una o dos millas, y notó que conservaba su forma mientras viajaba, hasta que finalmente la perdió de vista.
Denominó su descubrimiento como una "ola de traducción". A finales de siglo, el fenómeno se había descrito matemáticamente, dando lugar al concepto de onda solitónica. En condiciones normales, las ondas tienden a disiparse a medida que viajantirar una piedra a un estanque, y las ondas desaparecerán lentamente a medida que se extiendan lejos del punto de impacto. Los solitones, por otro lado, no lo hacen.
Además de las ondas de agua, los solitones pueden ocurrir como ondas de luz. El equipo de Vahala estudia los solitones de luz haciendo que recirculen indefinidamente en circuitos circulares a escala micrométrica llamados microcavidades ópticas. Los solitones tienen aplicaciones en la creación de relojes ópticos de alta precisión, y pueden serutilizado en osciladores de microondas que se utilizan para sistemas de navegación y radar, entre otras cosas.
Pero a pesar de décadas de estudio, nunca se ha observado que un solitón se comporte de manera dependiente, casi parasitaria.
"Este nuevo solitón viaja junto con otro solitón, esencialmente, en la estela del otro solitón. También sifona la energía del otro solitón para que sea autosuficiente. Eventualmente puede crecer más que su huésped", dice Vahala, Ted y Ginger Jenkins, Profesor de Ciencias de la Información y Tecnología y Física Aplicada y oficial ejecutivo de física aplicada y ciencia de los materiales en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
Vahala compara estos solitones recién descubiertos con peces piloto, peces tropicales carnívoros que nadan al lado de un tiburón para que puedan recoger restos de las comidas del tiburón. Y nadando en la estela del tiburón, los peces piloto reducen la resistencia del agua en supropio cuerpo, para que puedan viajar con menos esfuerzo.
Vahala es el autor correspondiente de un artículo en la revista Física de la naturaleza anunciando y describiendo el nuevo tipo de solitón, denominado "Stokes soliton". El nombre "Stokes" fue elegido por razones técnicas que tienen que ver con la forma en que el soliton sifones de energía del huésped.Los estudiantes de posgrado de Caltech Qi-Fan Yang y Xu Yi. Debido a la capacidad del solitón de coincidir estrechamente con la posición y la forma del solitón original, la reacción inicial de Yang y Yi a la ola fue sospechar que la instrumentación del laboratorio no funcionaba correctamente.
"Confirmamos que la señal no era un artefacto de la instrumentación al observar la señal en dos espectrómetros. Entonces supimos que era real y tuvimos que descubrir por qué un nuevo solitón aparecería espontáneamente así", dice Yang.
Las microcavidades que Vahala y su equipo usan incluyen una entrada láser que proporciona energía a los solitones. Esta energía no puede ser absorbida directamente por el solitón de Stokes, el "pez piloto". En cambio, el "tiburón" consume la energíasolitón. Pero luego, descubrieron Vahala y su equipo, la energía es extraída por el solitón de pez piloto, que crece en tamaño mientras el otro solitón se reduce.
"Una vez que entendimos el entorno requerido para sostener el nuevo solitón, en realidad fue posible diseñar las microcavidades para garantizar su formación e incluso sus propiedades como la longitud de onda, efectivamente, el color", dice Yi. Yi y Yang colaboraron con estudiantes de posgradoKi Youl Yang en la investigación.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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