Espejismos que se dan y no se ven

Los espejismos ópticos son conocidos como un fenómeno bello y misterioso engendrado en la atmósfera de la Tierra. Todos conocemos los ejemplos de los espejismos en el desierto, cuando el viajero exhausto ve sobre la tierra algo parecido a agua. En ocasiones también se pueden observar charcos falsos sobre el asfalto candente.

La causa principal de la aparición de espejismos es la gran heterogeneidad presente en el aire debido a la diferencia de calentamiento en sus capas. La propagación de los rayos en semejante entorno forma unas líneas nada rectas (los índices de refracción de las diferentes capas de aire son muy distintos) y, como resultado, el observador ve, en lugar de un objeto distante (o además de este), un objeto imaginario: una representación de un objeto real, pero relativamente desplazado del original.

Según se ha descubierto, los espejismos no solo pueden contemplarse en el rango óptico, sino también en el de los rayos X.

Los primeros en lograrlo han sido un grupo de científicos internacionales entre los cuales hay varios investigadores de la MGU. Esta publicación apareció en junio en la revista Nature Communications.

Estos científicos observaron por primera vez un espejismo en el espectro de rayos X cuando estudiaban las propiedades del láser de este tipo de rayos.

Todos estamos familiarizados con los láseres ópticos (por ejemplo, un puntero láser o los espectáculos de shows de luces y música). Pero el aumento de la radiación (y el láser no es más que un generador cuántico, de ahí que la palabra LASER sea el acrónimo de light amplification bystimulated emission of radiation, es decir, 'amplificación de luz por emisión estimulada'.

La idea de los láser de rayos X existe desde hace muchos años y la sugerió por primera vez en 1973 el entonces rector de la MGU, Rem Jojlov, del departamento de Física General y Procesos de Ondas de la Facultad de Física. En 1981, los estadounidenses plantearon la posibilidad de crear láseres de rayos X de bombeo nuclear y, sobre esta base, desarrollaron su famoso programa espacial de La Guerra de las Galaxias.

Ahora, los láseres de rayos X no se utilizan en la guerra, sino en la ciencia, y la tradición establecida hace 40 años en el Departamento de Física de la MGU pervive.

Los físicos rusos que han encontrado un espejismo en el rango de rayos X, han buscado los fundamentos físicos del fenómeno, como resultado de lo cual no solo han logrado determinar las condiciones necesarias para la formación de espejismos en un láser de rayos X, sino también desarrollar por primera vez una teoría de su origen.

"Hemos elaborado una teoría general del espejismo y, por lo que tenemos entendido, tal teoría no existía en la óptica, sino que solo había una explicación cualitativa", declara uno de los autores del artículo, el profesor asociado del Departamento de Física General y Procesos de Ondas de la Facultad de Física de la MGU Serguéi Magnitski.

Durante su investigación con láser de rayos X, los investigadores observaron la alternancia de tonos claros y oscuros. El fenómeno era inusual, pues en el láser, el generador de radiación es, en general, solo uno. "El origen de estos anillos resultaba muy extraño y aparentemente inexplicable", dice Magnitski. Pronto, sin embargo, lograron entender este fenómeno y explicar su naturaleza, incluidas las matemáticas.

Para describir el fenómeno observado, los científicos han desarrollado un algoritmo universal: han sacado la ecuación con la cual se puede describir matemáticamente no solo un espejismo de rayos X, sino de cualquier tipo.

Para calcular la distribución de los rayos X en el plasma, los científicos de la MGU han inventado un enfoque especial que tiene en cuenta sus parámetros hidrodinámicos. Han demostrado que en el plasma se genera una segunda fuente de radiación imaginaria, que está rígidamente conectada por la fase al generador, en otras palabras, que es coherente con él. La interacción de la radiación de estas fuentes conduce a la formación de un patrón de interferencia, es decir, de un espejismo, pero con un nuevo rasgo distintivo: la coherencia.

Según Serguéi Magnitski, los resultados obtenidos pueden seguir desarrollándose en dos direcciones prácticas interesantes. En primer lugar, los hologramas de rayos X. Además, las imágenes de los objetos se pueden obtener con una resolución muy alta, del orden de 10 nm. "En esto ya estamos trabajando activamente", dice.

En segundo lugar, el llamado cloaking: unas coberturas especiales para hacer objetos invisibles. "En la óptica aquí se han logrado ciertos éxitos, dice Magnitski. Ahora, imaginen que en la banda óptica está todo listo: se ha logrado volver algunas cosas invisibles".

"Pero si se utiliza una fuente de radiación de rayos X, todos se vuelven visibles inmediatamente. Nuestros resultados abren la posibilidad de, al menos, empezar a pensar en descubrimientos que permitan lograr la invisibilidad también en rayos X". "Pero el cloaking en rayos X es una perspectiva a muy largo plazo", añade el científico. 

Artículo publicado originalmente en ruso en Gazeta.ru.

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