Análogo óptico de laboratorio a una lente gravitacional

Dibujo20131027 Analogue of light deflection in a gravitational field and microstructured optical waveguide

La teoría de la relatividad general predice el efecto de lente gravitacional, la curvatura de la luz en la proximidad de un objeto estelar masivo. C. Sheng (Univ. Nanjing, China) y sus colegas han usado una guía de ondas óptica microestructurada alrededor de una microesfera para imitar el espaciotiempo curvo causado por la gravedad y su efecto como lente gravitacional sobre la luz. La microesfera está incrustada en un polímero PMMA que actúa como guía de ondas plana y distorsiona el índice de refracción efectivo de la guía, imitando la curvatura del espaciotiempo. Un modelo de “juguete” (toy model) para estudiar en laboratorio las lentes gravitacionales descritas por la relatividad general. El artículo técnico es C. Sheng et al., “Trapping light by mimicking gravitational lensing,” Nature Photonics, AOP 29 Sep 2013. Recomiendo leer a Ulf Leonhardt, “Transformation optics: Gravitational lens on a chip,” Nature Photonics, AOP 20 Oct 2013.

Dibujo20131027 Scattered field intensity around the microsphere - experiment vs FDFD numerical simulation - scientific american

Las observaciones experimentales están en excelente acuerdo con las predicciones teóricas obtenidas mediante la simulación numérica de las ecuaciones de Maxwell por el método FDTD (implementada en el software COMSOL Multiphysics). Además, estas últimas son un buen análogo a las soluciones de las ecuaciones para las trayectorias geodésicas que siguen las partículas sin masa en un campo gravitatorio de Einstein. Todas las características fundamentales de las lentes gravitacionales aparecen en el nuevo análogo óptico.

Dibujo20131027 Structural and optical measurements of the sample - effective refractive index of the microstructured waveguide - scientific american

A veces me sorprende lo fácil que es diseñar análogos ópticos a sistemas gravitatorios utilizando materiales microestructurados y/o metamateriales.

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