OXFORD, Mississippi – Un nuevo estudio de la Universidad de Mississippi revela que algunas ondas sonoras no solo se propagan hacia adelante, sino que también se desplazan ligeramente hacia los lados. Comprender este movimiento podría ayudar a los investigadores a desarrollar herramientas acústicas más precisas.
Likun Zhang, profesor asociado de física y astronomía y científico senior en el National centre for Physical Acoustics, publicó el estudio de su equipo sobre el comportamiento de las ondas sonoras en espiral en Physical Review Letters, una revista de primer nivel para la investigación en física.
El experimento representa la primera medición del Efecto Hall aplicado a la acústica. El Efecto Hall se produce cuando algo que viaja hacia adelante –tradicionalmente una corriente eléctrica– se desvía ligeramente hacia un lado por una influencia externa, como un campo magnético.
«Hace unos cinco años, nuestro grupo extendió el concepto del Efecto Hall a la acústica, donde predijimos que esto sería posible», explicó Zhang. «Pero este trabajo es la primera vez que podemos afirmar experimentalmente: ‘Aquí está ese desplazamiento, y podemos demostrar que existe’.»
Comprender este efecto podría ayudar a los investigadores a controlar mejor las ondas sonoras estructuradas, lo que podría mejorar los instrumentos médicos, las comunicaciones y otras tecnologías que dependen del sonido. Por ejemplo, las pinzas acústicas utilizan ondas sonoras para manipular partículas tan pequeñas como un nanómetro. A modo de comparación, un solo cabello humano tiene aproximadamente 100.000 nanómetros de ancho.
En casos donde se requiere tal precisión, comprender cómo el Efecto Hall puede influir en el sonido podría ayudar a diseñar equipos más hábiles.
«Esto es importante para comprender la física de las ondas sonoras, pero también para aplicaciones prácticas», dijo Zhang. «Por ejemplo, podemos usar este haz para rotar objetos como una llave de tuercas sónica.
«En ingeniería biomédica, esto permitiría mezclar fluidos, mover micropartículas en células o tejidos, pero también podría usarse en comunicaciones acústicas, como en entornos submarinos.»
Utilizando haces de vórtice –sonido que espirala hacia adelante–, Zhang y su equipo pudieron desplazar ligeramente la dirección del haz al hacerlo pasar a través de una superficie especialmente diseñada, desplazando el momento angular del haz y demostrando por primera vez el Efecto Hall acústico orbital.
«El Efecto Hall fue descubierto a finales del siglo XIX y se considera uno de los resultados experimentales fundamentales en la física del estado sólido», afirmó Kevin Beach, presidente y profesor asociado de física y astronomía de Ole Miss. «El Dr. Zhang y sus coautores han demostrado que un efecto completamente análogo puede producirse en el contexto de las ondas acústicas utilizando metamateriales.
«Este es un logro asombroso. Y es un placer ver la física del Efecto Hall aparecer en un lugar tan inesperado.»
Como predijo el equipo en su publicación de 2021, el desplazamiento del haz de vórtice es extremadamente pequeño y difícil de medir. Sin embargo, a diferencia de sus investigaciones anteriores, este experimento no fue un modelo digital en un escenario idealizado, sino un experimento físico en el mundo real, donde cualquier cambio mínimo podría afectar el resultado.
«Esta es una interacción muy interesante entre el sonido y los materiales que nunca antes se había notado», comentó Nathan Murray, director del centro de acústica. «Comprender efectos sutiles como este puede, en última instancia, desbloquear diseños potenciales para nuevas tecnologías que utilizan el sonido para medir o incluso mover objetos diminutos.
«La investigación como esta fortalece la base científica sobre la que pueden construirse las futuras tecnologías acústicas.»
Arriba: Los haces de sonido que espiralan hacia adelante pueden ser desplazados lateralmente al pasar a través de algunas superficies, han descubierto un equipo de acústica de Ole Miss. Este desplazamiento, conocido como el Efecto Hall, promete permitir a los científicos desarrollar nuevos dispositivos biomédicos o incluso mejorar las comunicaciones submarinas. Gráfico de Cole Russell/University Marketing and Communications
