Los físicos dicen que las ondas de sonido en realidad podrían transportar masa

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En un nuevo y sorprendente estudio, los científicos afirman que, en teoría, las ondas de sonido podrían tener masa, lo que implica que también se ven afectadas por la gravedad.

Uno esperaría que los resultados de la física clásica como este se conocieran desde hace mucho tiempo, dijo Angelo Esposito de la Universidad de Columbia, el autor principal del artículo, a Scientific American . Es algo con lo que nos topamos casi por casualidad.

Anteriormente, investigadores de la Universidad de Columbia y la Universidad Carnegie Mellon demostraron que los fonones podrían tener masa en un superfluido, un líquido que fluye sin fricción. Los fonones son excitaciones similares a partículas que corresponden a oscilaciones colectivas de átomos dentro de una molécula o un cristal.

Es más fácil entender los fonones en relación con sus primos, los fotones mucho más famosos. Sabemos por la física newtoniana que los átomos y las moléculas vibran alejándose de sus posiciones de equilibrio, un movimiento que reconocemos como calor. Básicamente, cuanto más vibra la red atómica, mayor es la temperatura. Pero esta visión clásica no ofrece el cuadro completo a menos que también incluyamos la mecánica cuántica, la física del mundo microscópico.

Quantum se refiere a la unidad divisible más pequeña de las cosas. Por ejemplo, un cuanto de luz es un fotón, la cantidad de luz más pequeña que existe. De manera similar, cuando aplicas la mecánica cuántica a una estructura reticular, hay un paquete más pequeño de vibración reticular llamado fonón.

La palabra fonón se deriva de fonos, que en griego significa sonido. Esto se debe a que los fonones de longitud de onda larga se pueden interpretar como ondas únicas de sonido que se propagan a través de la red.

En su nuevo estudio, Esposito y sus colegas utilizaron aproximaciones conocidas como teoría del campo efectivo para demostrar que el fonón no solo podría tener masa en un superfluido, sino también en otros tipos de materiales, incluidos líquidos y sólidos a temperatura ambiente; incluso en el aire, el medio principal a través del cual se propagan las ondas sonoras.

El estudio no solo contradice la noción popular de que los fonones no tienen masa, sino que también sugiere que tienen masa negativa. Algo con masa negativa también implica gravedad negativa, lo que significa que repelería otra materia a su alrededor. Del mismo modo, si empujas un objeto con masa negativa, acelerará hacia ti. Los fonones que tienen masa negativa implican que su trayectoria se alejaría gradualmente de un campo gravitatorio como el de la Tierra. Para el agua, los investigadores calcularon que los fonones que viajan a través de dicho medio se desplazarían aproximadamente un grado en 15 kilómetros, lo que hace que sea extremadamente difícil de medir.

En un campo gravitatorio, los fonones se aceleran lentamente en la dirección opuesta a la que cabría esperar, por ejemplo, que cayera un ladrillo, dijo a WordsSideKick.com Rafael Krichevsky, estudiante graduado en física en la Universidad de Columbia.

Hover, esta masa es extremadamente pequeña comparable con un átomo de hidrógeno, alrededor de 10 24 gramos. Este es otro desafío de medición, aunque todavía es teóricamente posible hacerlo. Según los investigadores, actualmente no disponemos de la tecnología necesaria para medir la masa de fonones. Sin embargo, imaginan una configuración experimental en la que relojes súper precisos detectarían la ligera curvatura de la ruta de un fonón.

Aunque las ondas sonoras con masa no influirán en nuestra vida diaria, la noción conlleva ciertas implicaciones prácticas importantes en la ciencia. Por ejemplo, en los núcleos densos de las estrellas de neutrones, las ondas de sonido se mueven casi a la velocidad de la luz, lo que significa mucha energía, lo que significa que una onda de sonido antigravitatoria debería tener efectos significativos en el comportamiento de las estrellas.

Los hallazgos aparecieron en la revista Physical Review Letters .

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