La nueva tecnología utilizada para hacer este descubrimiento podría algún día permitir a los científicos ayudar a ver los impulsos eléctricos en las neuronas y la actividad del cerebro en vivo, dicen los investigadores.

Cuando un objeto se mueve a través del aire, propulsa el aire frente a él, creando ondas de presión que se mueven a la velocidad del sonido en todas las direcciones. Si el objeto se mueve a velocidades iguales o mayores que el sonido, supera esas ondas de presión. Como resultado, las ondas de presión de estos objetos que se aceleran se amontonan unas encima de las otras para crear ondas de choque conocidas como estampidas sonoras, que son similares a los truenos.

Estos eventos están confinados a regiones cónicas conocidas como «Conos Mach» que se extienden principalmente a la parte trasera de objetos supersónicos. Eventos similares incluyen las ondas de arco en forma de V que un barco puede generar al viajar más rápido que las olas que empuja fuera de su camino cuando se mueve a través del agua.

Investigaciones previas sugirieron que la luz puede generar sonidos cónicos similares a las estampidas sónicas. Ahora, por primera vez, los científicos han imaginado estos elusivos «conos fotónicos de Mach».

La luz viaja a una velocidad de aproximadamente 300 mil kilómetros por segundo cuando se mueve a través del vacío. Según la teoría de la relatividad de Einstein, nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el vacío. Sin embargo, la luz puede viajar más lentamente que su velocidad máxima – por ejemplo, la luz se mueve a través del vidrio a velocidades de aproximadamente el 60 por ciento de su máximo. De hecho, los experimentos anteriores han frenado la luz más de un millón de veces.

El hecho de que la luz pueda viajar más rápido en un material que en otro ayudó a los científicos a generar conos de Mach fotónicos. En primer lugar, el autor principal del estudio, Jinyang Liang, ingeniero óptico de la Universidad de Washington en St. Louis, y sus colegas diseñaron un estrecho túnel lleno de niebla de hielo seco. Este túnel se intercaló entre placas hechas de una mezcla de caucho de silicona y polvo de óxido de aluminio.

Luego, los investigadores dispararon pulsos de luz láser verde cada uno durante sólo 7 picosegundos (trillonésimas de un segundo). Estos impulsos podrían dispersar las partículas de hielo seco dentro del túnel, generando ondas de luz que podrían entrar en las placas circundantes.

La luz verde que los científicos usaron viajó más rápido dentro del túnel que en las placas. Como tal, cuando un pulso láser descendió por el túnel, dejó un cono de ondas de luz que se trasladaban más lentamente detrás de él dentro de las placas..

Para capturar el video de estos eventos de dispersión de la luz, los investigadores desarrollaron una «cámara de rayos» que podría capturar imágenes a velocidades de 100 mil millones de fotogramas por segundo en una sola exposición. Esta nueva cámara capturó tres puntos de vista diferentes del fenómeno: uno que adquirió una imagen directa de la escena, y dos que registraron la información temporal de los eventos para que los científicos pudieran reconstruir lo que sucedió cuadro por cuadro. Esencialmente, «ponen códigos de barras diferentes en cada imagen individual, de modo que incluso si durante la adquisición de datos se mezclan todos, podemos ordenarlos», dijo Liang.

Existen otros sistemas de imagen que pueden capturar eventos ultra-rápidos, pero estos sistemas generalmente necesitan registrar cientos o miles de exposiciones de tales fenómenos antes de que puedan verlos. En contraste, el nuevo sistema puede registrar eventos ultra rápidos con una sola exposición. Esto se presta a registrar eventos complejos e impredecibles que pueden no repetirse exactamente de la misma manera cada vez que suceden, como fue el caso con los conos de mach fotónicos que Liang y sus colegas registraron. En ese caso, las manchas diminutas que dispersaban la luz se movían al azar.

Los investigadores dijeron que su nueva técnica podría resultar útil en el registro de eventos ultra rápidos en contextos biomédicos complejos como los tejidos vivos o la sangre que fluye. «Nuestra cámara es lo suficientemente rápida como para ver los impulsos en las neuronas y el tráfico de imágenes en vivo en el cerebro», dijo Liang a Live Science. «Esperamos que podamos usar nuestro sistema para estudiar redes neuronales para entender cómo funciona el cerebro».

Fuente: Europa Press