Superficies e interfaces
¿Pueden las ondas de sonido viajar más rápido que la velocidad de la luz? Sí, dice Joel Mobley, físico de la Universidad de Mississippi en Estados Unidos. En simulaciones, Mobley ha demostrado que los pulsos de ultrasonido pueden moverse a velocidades «superluminales» cuando entran en agua que contiene miles de pequeñas perlas de plástico.
Las ondas que se mueven en un medio dispersivo se describen mediante una velocidad de fase y una velocidad de grupo . La velocidad de fase es la velocidad a la que se mueve una onda de una sola longitud de onda y suele ser de aproximadamente 1,5 kilómetros por segundo para las ondas sonoras en el agua. Sin embargo, los pulsos de luz o sonido contienen en realidad un rango de longitudes de onda que se mueven a diferentes velocidades: la velocidad del grupo es la velocidad a la que se mueve el pulso.
En los últimos años, se ha demostrado experimentalmente que la velocidad de grupo de un pulso láser puede superar la velocidad de la luz en el vacío – 300.000.000 metros por segundo – en determinadas situaciones. Sin embargo, la relatividad especial no se viola en estos experimentos porque no implican la transferencia de información, materia o energía.
Mobley ahora ha calculado que la velocidad de grupo de un pulso de ondas sonoras de alta frecuencia podría incrementarse en cinco órdenes de magnitud enviándolo a través de una pequeña cámara que contiene aproximadamente 8 mililitros de agua y unas 400.000 diminutas esferas de plástico. Esto significa que la velocidad del grupo excedería la velocidad de la luz en el vacío. Las esferas tienen diámetros de aproximadamente 0,1 mm y representan aproximadamente el 5% del volumen de la mezcla de agua y perlas.
El aumento de la velocidad se debe a la dispersión, el fenómeno que hace que diferentes longitudes de onda se muevan a diferentes velocidades de fase. Cuando el pulso entra en la mezcla experimenta una fuerte dispersión, lo que provoca que las distintas longitudes de onda que componen el pulso viajen a velocidades muy distintas. Esto cambia la forma del pulso y puede hacer que el pulso se mueva más rápido que la velocidad de la luz. Sin embargo, la dispersión también reduce significativamente la intensidad de los pulsos.
«Hace tiempo que se reconoce que tales velocidades deberían ser posibles con ondas acústicas», dijo Mobley a PhysicsWeb. «Mi trabajo muestra que se puede hacer en un sistema específico y muy simple y que las condiciones extremas no son necesario.»
Mobley ahora está planeando experimentos para observar las velocidades superlumínicas en el Centro Nacional de Acústica Física en Mississippi. El principal desafío será aumentar la relación señal-ruido para que sea posible detectar los pulsos, cuya intensidad habrá sido muy reducida por la dispersión.