Defecto fatal descubierto en capas de alfombra invisibles

En el juego de camuflaje del gato y el ratón, el extraordinario desarrollo de las capas de invisibilidad seguramente le ha dado al ratón la ventaja en los últimos años. Los teóricos no solo han desarrollado dramáticamente las ideas detrás de estos dispositivos, sino que otros han construido y probado las capas ellos mismos. El mundo del camuflaje nunca volverá a ser el mismo.

Hoy, los gatos se defienden revelando cómo detectar la presencia de una capa de invisibilidad y descubrir el objeto que esconde.

Las capas de invisibilidad ocultan los objetos al dirigir la luz a su alrededor para que un observador no pueda verlos. El truco consiste en construir un material que dirija la luz de esta manera.

Eso resulta ser extremadamente difícil, en parte porque las propiedades ópticas de estos materiales tienen que cambiar de un punto a otro de una manera que logre esta dirección, una propiedad conocida como anisotropía óptica. Debido a esto, las primeras capas de invisibilidad tuvieron que ser hechas a mano e incluso entonces solo lograron cubrir un objeto plano en dos dimensiones en una sola longitud de onda de luz de microondas. Nadie podía imaginar realmente cómo se podría hacer que este enfoque funcionara en la escala mucho más pequeña requerida para la luz visible ni en un rango de frecuencias.

Luego, hace un par de años, John Pendry, el físico teórico del Imperial College de Londres que ha sido la fuerza impulsora intelectual en este campo, ideó otro enfoque: la capa de alfombra.

La idea era que una capa de material dieléctrico sobre una superficie pudiera doblar la luz de tal manera que pareciera que la luz se reflejaba en la superficie original. En otras palabras, esta capa adicional sería invisible, por lo que todo lo que contenga también sería invisible.

Esta técnica funciona con luz visible en una amplia gama de frecuencias. Además, dijo Pendry, los materiales que podrían hacer esto podrían ser completamente uniformes, isotrópicos en lugar de anisotrópicos, por lo que serían mucho más fáciles de hacer.

Con esta idea, el sueño de las capas de invisibilidad óptica estuvo a nuestro alcance y en este blog, seguimos la forma en que esta idea evolucionó desde teoría a dispositivos prácticos en solo unos meses.

Desde entonces, Baile Zhang y sus amigos del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge han estado ocupados buscando el punto débil de esta idea y ahora creen que lo han encontrado. Hoy, señalan que las capas de alfombra tienen un defecto que hace que los objetos dentro de ellas sean detectables.

El problema, dicen, es que las capas isotrópicas no pueden funcionar perfectamente. Este es el por qué. Se puede pensar en la luz como una serie de frentes de onda, cada uno con una cierta cantidad de energía. Por lo general, la dirección de propagación de la energía forma un ángulo recto con estos frentes de onda.

Sin embargo, en una capa de invisibilidad, esta relación perpendicular se distorsiona a medida que se dirigen las ondas de luz. Eso es lo que hace un material anisotrópico. Pero un material isótropo no puede hacer esto: la energía siempre se propaga en ángulo recto con los frentes de onda. Esta limitación significa que los materiales isotrópicos no pueden ocultar objetos de la forma que sugiere Pendry.

Zhang y compañía continúan demostrando su afirmación trazando un rayo que atraviesa el tipo de capa de alfombra isotrópica que sugirió Pendry. Lo que han descubierto sorprenderá a los abrigos de alfombras de todo el mundo.

Según Zhang y sus amigos, las capas de alfombra no ocultan objetos, simplemente los desplazan hacia un lado en una cantidad que es un poco menos de lo que son altos. Fundamentalmente, el efecto depende del ángulo en el que mires. Entonces, cuando se ilumina en un ángulo de 45 grados, un objeto de 0,2 unidades de altura aparece desplazado lateralmente 0,15 unidades.

Si Zhang y compañía están en lo cierto, esto podría ser un golpe sustancial para el manto de alfombras isotrópicas. Significa que el efecto de camuflaje de la alfombra tiene un ángulo de visión limitado.

Mire directamente desde arriba y un objeto se puede ocultar perfectamente, no necesita una capa de alfombra para eso, solo camuflaje convencional. La pregunta es qué tan lejos de la perpendicular puede ir antes de que una capa de alfombra óptica isotrópica lo delate.

Entonces, en las guerras de la invisibilidad, esta batalla es para los gatos. Por supuesto, los ratones volverán con una capa de alfombra nueva y mejorada que soluciona este problema. Una salida obvia es hacer que la alfombra sea anisotrópica, en otras palabras, variar su estructura para que dirija adecuadamente la luz alrededor del objeto.

Segundos fuera, segunda ronda.

Ref: arxiv.org/abs/1004.2551 : El desplazamiento lateral hace que la capa del plano terrestre sea detectable

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