¿Qué sucede cuando la luz pasa a través de un vaso de leche? Entra en el líquido, se dispersa impredeciblemente en innumerables partículas diminutas y sale del vidrio nuevamente. Este efecto hace que la leche parezca blanca. Sin embargo, los caminos específicos que toma el rayo de luz incidente dependen, sobre la opacidad del líquido: una sustancia transparente permitirá que la luz viaje a través de una línea recta, en una sustancia turbia la luz se dispersará numerosas veces, viajando en trayectorias en zig-zag más complicadas. Pero, sorprendentemente, el promedio totalLa distancia cubierta por la luz dentro de la sustancia es siempre la misma.
El profesor Stefan Rotter y su equipo TU Wien, Austria predijeron este resultado contraintuitivo junto con colegas franceses hace tres años. Ahora él y sus colaboradores de París verificaron esta teoría en un experimento. Los resultados ya se han publicado en eldiario ciencia .
Partículas y ondas
"Podemos tener una idea simplificada de este fenómeno cuando imaginamos la luz como una corriente de pequeñas partículas", dice Stefan Rotter. "Las trayectorias de los fotones en el líquido dependen de la cantidad de obstáculos que encuentren".
En un líquido claro y completamente transparente, las partículas viajan a lo largo de líneas rectas, hasta que dejan el líquido en el lado opuesto. Sin embargo, en un líquido opaco, las trayectorias son más complicadas. El haz de luz se dispersa con frecuencia a lo largo de su camino, cambia su dirección muchas veces, y solo puede alcanzar el lado opuesto después de cubrir una larga distancia dentro de la sustancia opaca.
Pero en un líquido turbio, también hay muchos fotones, que nunca alcanzarán el lado opuesto. No atraviesan completamente el líquido, sino que solo penetran un poco por debajo de la superficie y después de algunos eventos de dispersión salen del líquido nuevamente,así que sus trayectorias son bastante cortas ". Se puede demostrar matemáticamente que, sorprendentemente, estos dos efectos se equilibran exactamente", dice Stefan Rotter. "La longitud promedio de la ruta dentro del líquido es siempre la misma, independientemente de si el líquido estransparente u opaco "
A segunda vista, la situación es un poco más complicada: "Tenemos que tener en cuenta que la luz viaja a través del líquido como una onda en lugar de como una partícula a lo largo de una trayectoria específica", dice Rotter. "Esto lo hace más desafiante".para llegar a una descripción matemática, pero resulta que esto no cambia el resultado principal.También si consideramos las propiedades de onda de la luz, la longitud media asociada con la luz que penetra en el líquido siempre permanece igual, independientemente de cuán fuertementela onda se dispersa dentro del medio "
Experimentos en aguas turbulentas
Los cálculos teóricos que describen este comportamiento contraintuitivo ya se publicaron hace tres años en una publicación conjunta del equipo de Stefan Rotter y sus colegas de París. Ahora los mismos grupos de investigación lograron verificar el resultado notable en un experimento. Los tubos de ensayo se llenaron conagua, que luego se ofuscó con nanopartículas. A medida que se agregan más nanopartículas, la luz se dispersa más fuertemente y el líquido parece más turbio.
"Cuando la luz se envía a través del líquido, la forma en que se dispersa cambia continuamente, porque las nanopartículas siguen moviéndose en el líquido", dice Stefan Rotter. "Esto conduce a un efecto chispeante característico en la superficie exterior de los tubos. Cuando estoel efecto se mide y analiza con cuidado, se puede usar para deducir la longitud de la onda de luz dentro del líquido ". Y de hecho: independientemente del número de nanopartículas, sin importar si la luz se envió a través de una muestra casi perfectamente transparente o una leche-como líquido, se observó que la longitud promedio de la trayectoria de la luz era siempre la misma.
Este resultado ayuda a comprender la propagación de ondas en medios desordenados. Existen muchas aplicaciones posibles para esto: "Es una ley universal, que en principio se aplica a cualquier tipo de onda", dice Stefan Rotter. "Las mismas reglas queaplicar a la luz en un líquido opaco también sirve para ondas de sonido, dispersas en pequeños objetos en el aire o incluso ondas de gravedad, viajando a través de una galaxia. La física básica es siempre la misma ".
Los equipos franceses involucran a Romolo Savo, Ulysse Najar, Sylvain Gigan en el Laboratoire-Kastler-Brossel experimento y Romain Pierrat, Rémi Carminati en el Institut Langevin teoría.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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