Cristalli contorti imitano i buchi neri e piegano la luce tramite la “falsa gravità”

Cristalli contorti imitano i buchi neri e piegano la luce tramite la “falsa gravità”

Manipolando la formazione di cristalli fotonici, i ricercatori delle università giapponesi di Tohoku e Osaka sono riusciti a deviare la luce come se fosse sotto l’influenza della gravità. L’effetto della “falsa gravità” sarebbe simile all’effetto dei buchi neri sulla luce e potrebbe essere applicato allo sviluppo delle tecnologie di comunicazione 6G e allo studio dei gravitoni, ipotetiche particelle mai osservate prima.

Secondo la teoria della relatività di Einstein, il percorso della luce e di altre onde elettromagnetiche può essere deviato da un campo gravitazionale. In astrofisica, questo fenomeno, chiamato lente gravitazionale, è comunemente osservato in oggetti cosmici estremamente massicci come quasar e buchi neri. Gli scienziati hanno precedentemente suggerito che questo effetto potrebbe essere simulato sotto forma di pseudogravità, in particolare attraverso cristalli fotonici.

I cristalli fotonici hanno proprietà uniche che consentono di manipolare il comportamento della luce. La sua nanostruttura altamente organizzata provoca un cambiamento periodico nell’indice di rifrazione della luce, creando un effetto iridescente. Si noti che è possibile modellare il percorso delle onde elettromagnetiche con materiali trasparenti controllandone gli indici di rifrazione. Questa tecnica presenta però dei limiti in termini di efficacia. Al contrario, i cristalli fotonici sono strutture artificiali in cui diversi materiali diversi, ciascuno con diverse capacità di interagire con la luce, sono disposti periodicamente in schemi reticolari. A differenza di un mezzo uniforme, la velocità di propagazione delle onde è determinata dalla disposizione di queste strutture.

In questa visione, “abbiamo cercato di determinare se la distorsione del reticolo nei cristalli fotonici potesse portare a effetti pseudo-gravitazionali”. Lui spiega Il nuovo studio è stato scritto in collaborazione con Kyoko Kitamura, dell’Università di Tohoku. In particolare, sarebbe possibile produrre questo effetto distorcendo i cristalli a livello della regione di energia (o frequenza) più bassa. In altre parole, il principio si basa sull’introduzione di una discontinuità nella periodicità dei cristalli. D’altra parte, i cambiamenti adiabatici (variazione di volume nella direzione opposta alla temperatura) nella struttura cristallina fotonica possono anche portare a effetti pseudogravitazionali.

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Impostazione sperimentale dei risultati dello studio e della simulazione del percorso del raggio in un cristallo fotonico deformabile. ©K. Kitamura et al.

Le travi sono curve al centro

Per confermare la loro ipotesi, Kitamura e i suoi colleghi hanno distorto un reticolo cristallino fotonico sperimentale modificando gradualmente la distanza tra i “nodi” del reticolo. Ciò rende possibile manipolare la struttura della banda ottica dei cristalli. Per fare ciò, sono stati utilizzati cristalli fotonici di silicio con una costante reticolare iniziale di 200 μm. Dopo essere state distorte, le onde luminose terahertz venivano propagate e deviate con successo lì. Come la luce riflessa gravitazionalmente da un buco nero, i raggi erano curvi al centro.

Proprio come la gravità curva il percorso degli oggetti, abbiamo trovato un modo per piegare la luce in alcuni materiali “, spiega Kitamura. L’elaborazione della luce in questo modo potrebbe aiutare a sviluppare tecnologie di comunicazione 6G, la cui trasmissione di informazioni richiede bande di frequenza terahertz. In confronto, le attuali comunicazioni 5G raggiungono solo un massimo di 71 GHz.

Inoltre, questi nuovi cristalli consentiranno esperimenti precedentemente impossibili in laboratorio, come lo studio dei gravitoni, ipotetiche particelle elementari che trasmetterebbero la gravità come previsto nella maggior parte dei sistemi di gravità quantistica. ” Dal punto di vista accademico, i risultati mostrano che i cristalli fotonici possono sfruttare gli effetti della gravità, aprendo nuovi orizzonti nel campo della fisica gravitonica. », conclude il coautore dello studio Masayuki Fujita, dell’Università di Osaka. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Revisione fisica a.

fonte : Revisione fisica a

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