Los científicos producen una ‘falsa gravedad’ utilizando cristales fotónicos

Los científicos han manipulado la luz para que se comporte como si estuviera afectada por la gravedad utilizando cristales fotónicos deformables, lo que ha abierto avances en la óptica y las comunicaciones 6G.

Manipular el comportamiento de la luz con falsa gravedad.

Un grupo colaborativo de investigadores ha manipulado el comportamiento de la luz como si estuviera bajo la influencia de la gravedad. Los resultados fueron publicados en la revista. revisión física un El 28 de septiembre de 2023 tendrá implicaciones de gran alcance para el mundo de la óptica y la ciencia de los materiales, y tendrá importancia en el desarrollo de las comunicaciones 6G.

Imagen conceptual de cristal fotónico deformable y cristal fotónico. Crédito: K. Kitamura et al.

La teoría de Einstein y la falsa gravedad.

La teoría de la relatividad de Albert Einstein ha demostrado durante mucho tiempo que la trayectoria de las ondas electromagnéticas (incluidas la luz y las ondas electromagnéticas de terahercios) puede ser desviada por campos gravitacionales. Recientemente, los científicos han predicho teóricamente que es posible replicar los efectos de la gravedad, es decir, la pseudogravedad, deformando cristales en la región de baja energía (o frecuencia).

«Nos propusimos explorar si la distorsión de la red en cristales fotónicos podría producir efectos pseudogravitacionales», dijo la profesora Kyoko Kitamura de la Escuela de Graduados en Ingeniería de la Universidad de Tohoku.

Configuración experimental y resultados de simulación de la trayectoria del haz en DPC. Crédito: © K. Kitamura et al.

El papel de los cristales fotónicos.

Los cristales fotónicos tienen propiedades únicas que permiten a los científicos manipular y controlar el comportamiento de la luz, actuando como «controladores de tráfico» de la luz dentro de los cristales. Se construyen disponiendo periódicamente dos o más materiales diferentes con diferentes capacidades para interactuar con la luz y ralentizarla en un patrón regular y repetitivo. Además, se han observado efectos de pseudogravedad resultantes de cambios adiabáticos en cristales fotónicos.

Kitamura y sus colegas modificaron los cristales fotónicos introduciendo una distorsión reticular: una distorsión gradual de los espacios regulares entre elementos, alterando el patrón reticular de los cristales de protones. Esto manipuló la estructura de bandas de luz de los cristales, lo que dio como resultado una trayectoria de haz curva en el medio, tal como un haz de luz que atraviesa un cuerpo celeste masivo como Agujero negro.

Los resultados experimentales, con la diferencia de transmisión entre el puerto B y C, muestran claramente la flexión del haz en DPC. Crédito: K. Kitamura et al.

Detalles del experimento y sus implicaciones.

En concreto, en su experimento, los científicos utilizaron un cristal fotónico de silicio deformable con una constante de red elemental de 200 micrómetros y ondas de terahercios. Los experimentos han demostrado con éxito la desviación de estas ondas.

«Así como la gravedad desvía la trayectoria de los objetos, hemos encontrado una manera de desviar la luz dentro de ciertos materiales», añade Kitamura. «La dirección del haz en el plano dentro del rango de terahercios se puede aprovechar en las comunicaciones 6G. Académicamente, los resultados muestran que los cristales fotónicos pueden explotar los efectos gravitacionales, abriendo nuevos caminos en el campo de la física de gravitones», afirmó el profesor asociado Masayuki Fujita de la Universidad de Osaka.

Referencia: “Difracción de ondas electromagnéticas por pseudogravedad en cristales fotónicos deformables” por Kanji Nanjyo, Yuki Kawamoto, Hitoshi Kitagawa, Daniel Hedland, Masayuki Fujita y Kyoko Kitamura, 28 de septiembre de 2023. revisión física un.
doi: 10.1103/PhysRevA.108.033522