En astrofísica se habla mucho de las lentes gravitacionales, uno de los aspectos más entretenidos de la dualidad en las ondas y partículas de la luz. El fenómeno muestra de manera predecible y medible cómo la diminuta masa en cada fotón de luz que proviene de una estrella distante hace que la luz se curve dentro de la atracción gravitacional de cualquier cuerpo celeste que haya en el camino.
Ahora, un físico de la Universidad de Wollongong creó un nuevo sistema láser de fibra óptica, pequeño y resistente como para operar desde una aeronave o un submarino, que domina esta curva gravitacional de la luz para aplicaciones de sensores remotos. Según Enbang Li, que diseñó y puso a prueba el nuevo dispositivo. Este sensor que curva la luz podría utilizarse algún día en vigilancia aérea para mapeo subterráneo y monitoreo ambiental, y en sistemas de navegación submarina.
“Los cambios más pequeños en la gravedad pueden revelar cambios críticos por debajo o alrededor de nosotros desde niveles de agua subterránea a acumulación de magma debajo de los volcanes para poder saber sobre futuras erupciones”, dijo Li en declaraciones ante la prensa.
Li ve que podría haber más aplicaciones como la exploración de recursos geológicos, el monitoreo del clima o la evaluación de riesgos naturales como por sonar o radar. “Nuestra investigación sugiere que las tecnologías de sensores que utilizan la luz algún día podrán brindar una forma nueva de detectar y monitorear esos cambios con alto nivel de precisión”, dijo.
El mapeo por gravedad
Los científicos e ingenieros de áreas como la defensa y la minería dependen de diversas formas mecánicas de sensores de gravedad. Pero esos métodos de medición utilizados para detectar características como la densidad de las rocas, los bolsillos de agua, o redes de cuevas subterráneas, no tienen precisión si hay vibraciones y movimientos aunque éstos sean muy sutiles.
La tecnología de Li de sensores por curvatura de la luz o “mapeo por gravedad”, como lo llama él en su nuevo trabajo de Scientific Reports ofrecería ventajas singulares en términos de movilidad y sensibilidad mejoradas (el trabajo todavía está pasando por revisión editorial aunque se publicó una versión no editada para brindar acceso a los hallazgos).
El dispositivo es engañosamente pequeño, de aproximadamente un metro de alto, y contiene dos cables de fibra óptica enrollados en espiral, cada uno con capacidad de extenderse unos 10 kilómetros. El dispositivo funciona comparando y contrastando el paso del tiempo entre dos rayos de luz láser a medida que cada haz de luz bombea rápidamente fotones a lo largo de su respectivo espiral de cable, y cómo regresa esa luz. Son demoras de tiempo muy pequeñas y efímeras de unos picosegundos, que brindan datos de punto individuales y escalables que registran la perturbación de la luz láser causada por la gravedad – que Li puso a prueba en el laboratorio por medio de la proximidad de sus dos rollos de cable a un gran cilindro de acero (72 kg) sobre ruedas.
La Universidad de Wollongong describió el dispositivo como “prueba inicial de concepto” en sus declaraciones a la prensa, señalando que se requieren más estudios “que exploren las interacciones adicionales entre la luz y los campos gravitacionales”, antes de que la tecnología pueda desarrollarse lo suficiente como para uso de campo.
¿Es constante la velocidad de la luz?
Li señaló en su estudio que estos experimentos se realizaron en un laboratorio óptico “totalmente climatizado” y en un “edificio sin vibraciones”, dos factores que ayudaron a descartar otras variables al calibrar el nuevo dispositivo de medición.
Aún así, como reconoció Li en su estudio, sigue “habiendo necesidad de trabajar para identificar con precisión las fuentes que generarían fluctuaciones en las señales de mediciones de demoras en el tiempo”.
Pero en ese proceso, esas demoras también podrían ser causa de revisar cuestiones fundamentales de la física, según Li, específicamente la premisa aceptada de que la velocidad de la luz es constante.
“En 1905 Albert Einstein postuló que la velocidad de la luz en el vacío es constante independientemente del movimiento del observador. Nuestros resultados experimentales sugieren que los fotones pueden interactuar con el campo gravitacional de la Tierra de maneras que podrían influir en cómo se transmite la luz, y eso brinda una nueva perspectiva de esta suposición histórica”, dijo Li.
