Análogo hidrodinámico de la radiación del petróleo.
17.02.2023
Científicos estadounidenses y franceses obtuvieron en un recipiente vibratorio con aceite un análogo hidrodinámico de la radiación, un efecto de la óptica cuántica. Debido a las vibraciones, se formaron ondas en la superficie del aceite, provocando la aparición de gotas, del mismo modo que los conjuntos de átomos son capaces de emitir luz a través de una interacción colectiva entre sí. El experimento de los físicos destacó las características del efecto cuántico y también encontrará aplicación en los cálculos de sistemas hidrodinámicos.
Cuando los átomos en un conjunto están muy cerca uno del otro, separados por menos de una longitud de onda, interactúan entre sí a través de un campo electromagnético, lo que les permite emitir fotones colectivamente y con una intensidad mayor que cualquier átomo individual. Este fenómeno se denomina superradiancia y no solo es de interés teórico para los científicos, sino también de interés práctico, ya que se puede utilizar en una variedad de campos relacionados con la óptica: desde los láseres hasta las tecnologías de la información cuántica.
En su trabajo, los físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts demostraron un fenómeno similar a la súper radiación, pero en un recipiente lleno de aceite.
La creación de análogos hidrodinámicos de fenómenos cuánticos, que también se basan en ondas, los físicos han estado haciendo durante mucho tiempo. Por ejemplo, existen versiones hidrodinámicas del efecto Casimir, el efecto Aharonov-Bohm e incluso experimentos con agujeros oscuros. Permiten estudiar fenómenos que son difíciles o incluso imposibles de estudiar directamente. En sus experimentos, los físicos lograron fijar varias características esenciales de la super-radiación al reproducirla en un recipiente vibrante con aceite, en el que las cavidades en el fondo actuaban como átomos, y la radiación se manifestaba en la aparición de gotas en la superficie de la onda. conexión entre ellos.
Para el estudio, los científicos crearon un recipiente con dos huecos de 6 milímetros de profundidad y 7 milímetros de diámetro, cuya distancia variaba en el rango de 8 a 12 milímetros. Sirvieron como resonadores, sobre los cuales se vertió aceite en una fina capa de 0,75 milímetros. Toda la estructura estuvo sujeta a vibraciones con una frecuencia de 39 hercios con diferentes amplitudes, que los físicos seleccionaron para superar el llamado límite de Faraday, el límite más allá del cual aparecían ondas (ondas de Faraday) en la superficie. Resultó que incluso a distancias tan considerables, el campo de onda de la perturbación de un resonador puede alcanzar a otro, lo que les permite realizar interacciones de largo alcance.
El mesenterio se manifestaba más intensamente por encima de los resonadores, cerca de los cuales se desprendían gotas de la superficie. Dado que las ondas de ambos resonadores se encontraron e interfirieron, esto también afectó la formación de gotitas. Se tomó como radiación el número de gotas físicas formadas por segundo. En el sistema que crearon, la apariencia de las gotas es análoga a la emisión de un fotón a través de la interacción colectiva de los átomos.
Además de la amplificación de la radiación, el experimento hidrodinámico con superradiancia tiene otras características clave en común con la superradiancia de la óptica cuántica. Otra geometría de los resonadores ayudaría a reproducir la subradiación. Como escriben los investigadores, la formación de gotas en su sistema se convertirá en una nueva plataforma para estudiar los análogos hidrodinámicos del fenómeno de la radiación colectiva de partículas y expandir aún más el campo de los análogos hidrodinámicos de los fenómenos cuánticos.
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