Fronteras de la Óptica
Los que fueron tomados como principios básicos y sobre los que se construyó la óptica geométrica, con el paso de los años y los avances tecnológicos se hicieron difusos y son aceptados con excepciones. Esto, lejos de quitar validez al método de investigación, nos muestra el poder del Método Científico.
Los primeros investigadores dedujeron principios generales separando lo accesorio de lo fundamental y poco a poco construyeron la estructura de la óptica que permitió definir reglas, leyes y diseñar instrumentos. Posteriormente, a medida que sabemos más sobre la realidad, todo se vuelve más complicado y hay que ir matizando los conceptos iniciales.
La Óptica geométrica consideraba la luz como un rayo pero hoy sabemos que es una radiación electromagnética y que cuando incide sobre una superficie formada por partículas con carga y en continuo movimiento interfiere su campo electromagnético y el de la materia. Por otra parte la energía está cuantizada....y aquí es donde aparecen los fenómenos complejos.
Durante muchos años existió la polémica sobre si la luz era una partícula o una onda. Después de estudiar las interferencias y la difracción se aceptó su naturaleza ondulatoria. Pero a principio del siglo XX, Einstein afirma la existencia de los fotones y su naturaleza corpuscular (efecto fotoeléctrico). También afirma que la energía equivale a la masa, que la masa curva la luz, que el espacio es curvo y que nada puede viajar en línea recta. Esta teoría se confirma y se mantiene hasta hoy pero, a finales del siglo XX, aparecen nuevos fenómenos.
Los últimos descubrimientos
1. La luz atraviesa agujeros más pequeños que su longitud de onda.
En los años cuarenta el prestigioso físico Hans Bethe demostró que la luz no puede pasar por agujeros más pequeños que su longitud de onda, que en el caso de la luz visible es de entre 0,4 y 0,8 milésimas de milímetro aproximadamente. Asi lo afirman todos los libros de texto.
Hace unos diez años Thomas Ebbesen vio cómo un haz de luz lograba colarse por agujeros diminutos en un metal, demasiado pequeños para la longitud de onda de la luz. Consultó a los expertos en óptica que se mostraron incrédulos por lo que no se publicó oficialmente hasta hace dos años -en Nature-. Ebbesen y sus colaboradores dieron en ella una explicación del fenómeno pero faltaba el cálculo teórico que lo explicara. Esto es lo que hicieron John Pendry del Imperial College, University of London y los españoles Francisco José García Vidal y Juan Antonio Porto trabajando con hendiduras minúsculas en vez de agujeros.
Las aplicaciones que tiene este fenómeno serían enormes y de lo mas variado: desde fabricar microchips con mucha más capacidad que los actuales, fabricar pantallas planas de menor consumo, mejorar la resolución de los microscopios ópticos... Para más información visita esta página en español o esta página en inglés con buenos gráficos.
¡Ya sabes lo que son los plasmones! ¿Como influye la regularidad del entramado para que la luz pase por sitios que son sólo el 7% de su longitud de onda?
2. La luz atraviesa algunos materiales alejándose de la normal de forma contraria a la prevista
Nuevos materiales que desafían leyes de refracción de la física: materiales "zurdos".
Los físicos han empezado a producir materiales compuestos con un comportamiento muy especial. Físicos financiados por la National Science Foundation, entre ellos Prof. Sheldon Schultz, profesor investigador del la UC San Diego, han iniciado la creación de nuevos materiales compuestos cuyas propiedades son distintas a lo habitual. A estos materiales se les puede llamar "zurdos" porque presentan invertidas muchas de las características físicas de sus homólogos ordinarios ante la acción de determinadas frecuencias de la radiación electromagnética.
El nuevo compuesto, hecho de fibra de vidrio y cobre, hace que las microondas que lo atraviesan se doblen en la dirección opuesta a la que predicen las leyes de la física, lo que lo convierte en el primer material que tiene "un índice de refracción negativo". En una sustancia "normal", si la onda viene del aire, al entrar en el material (agua, vidrio, etc ) se dobla acercándose a la normal (tomamos le valor del giro hacia ese lado como positivio) -Ley de Snell-. En este nuevo material el rayo se aleja de la normal: a ese ángulo le damos valor negativo, índice de refracción negativo, y al material que se comporta así le llamamos "zurdo".
Los materiales "zurdos" tienen la habilidad de invertir el efecto Doppler, el principio que cambia la frecuencia de las ondas cuando la fuente se mueve. Recordemos, por ejemplo, el sonido de un tren que podemos escuchar más agudo cuando se acerca, y más grave cuanto se aleja del oyente.
Las ecuaciones de Maxwell, que describen la relación entre los campos magnético y eléctrico, sugieren que la radiación de microondas o la luz mostrarán un efecto contrario en esta nueva clase de materiales, cambiando hacia frecuencias más bajas cuando la fuente se aproxime. Las ecuaciones de Maxwell también indican que una lente hecha con estos materiales, en vez de dispersar la radiación electromagnética, la enfocará cuando ésta pase por ella.
Los científicos Sheldon Schultz y David Smith de la University of California han trabajado en ello utilizando un material compuesto producido a partir de una serie de anillos de cobre delgados y de cables también de cobre entrelazados de forma paralela a los anillos. Los resultados verifican que el material posee una permitividad eléctrica y una permeabilidad magnética negativas, cualidades que en la materia de la naturaleza normal suelen ser positivas.
Este metamaterial forma parte de una clase nueva en la que la forma en que dos o más materiales son mezclados o distribuidos, a un nivel muy preciso, puede llegar a afectar a las propiedades finales del compuesto.
Los científicos piensan que tendrá aplicaciones en áreas tales como las transmisiones de microondas, diseño de antenas y compuestos ópticos.
El físico John Pendry del Imperial College de Londres dijo que el material con "una refracción negativa" podría hacer posible la creación de lentes con una capacidad de enfoque de la luz hasta límites actualmente no alcanzables.
(CNN) 5/4/2001
Información adicional en:
http://www.ieee-sfbac.org/april2002/a4.htm
http://ucsdnews.ucsd.edu/newsrel/science/mccomposite.htm
http://members.tripod.com/JaimeVp/Electricidad/Noticientifi_03.htm
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