Romper la simetría de las ondas sonoras permite redirigir el sonido

Imagen: UC3M

Una investigación de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) concluye que el sonido se puede dirigir hacia un lugar determinado si se rompe la simetría de las ondas sonoras. Para realizar este trabajo, publicado recientemente en la revista Nature, han utilizado el fenómeno del gabinete de secretos, una habitación de construcción circular y abovedada en la que en cualquier lugar se puede escuchar lo que se está hablando en otro punto concreto de la misma, aunque sean susurros.

 

UC3M / Para llevar a cabo el trabajo, el equipo investigador ha creado en el laboratorio un gabinete de secretos artificial que reproduce el mismo tipo de efectos. Una vez desarrollado, han agregado dos elementos para romper la simetría de las ondas, que es lo que hace que el sonido se oiga en cualquier parte de la sala. Por una parte han añadido ganancia, con la que consiguen que las ondas se amplifiquen de forma selectiva y, por otra, topología, que es lo que permite que las ondas circulen en la dirección deseada.

“A través de arreglos geométricos particulares, como la topología, hemos roto esta simetría rotacional para que el sonido se deslice por la galería susurrante de forma completamente controlada. Además, hemos añadido ganancia, una propiedad que permite que la onda se amplifique para romper con la simetría de la quiralidad (la propiedad de un objeto de no ser superponible con su imagen)”, apunta uno de los investigadores, Johan Christensen, del Departamento de Física de la UC3M.

Mediante estas pruebas de laboratorio se ha demostrado que, al aplicar estos elementos, el sonido resultante se asemeja al de un rayo láser de alta intensidad

Mediante estas pruebas de laboratorio se ha demostrado que, al aplicar estos elementos, el sonido resultante se asemeja al de un rayo láser de alta intensidad. Este efecto podría tener un alto impacto en investigaciones relacionadas con el guiado y la dirección del sonido altamente controlables, así como aplicarse para la formación de imágenes médicas e industriales. Además, en investigaciones futuras, este proceso también podría realizarse con otro tipo de materias, como la luz.

Este estudio se ha desarrollado junto a la Universidad de Nanjing (China), donde se realizaron las pruebas empíricas de la investigación. “Mientras que aquí, en la UC3M, desarrollamos la teoría para adquirir una comprensión básica de la física involucrada, el trabajo de los colaboradores chinos consistió en envolver láminas de nanotubos de carbono alrededor de los elementos de la red artificial que forma la galería susurrante y conectarlos con el circuito eléctrico adecuado”, explica Christensen.

Este estudio se ha realizado en el marco de PHONOMETA (Frontiers in Phononics: Party-Time Symmetric Phononic Metamaterials), una Starting Grants del Consejo Europeo de Investigación (ERC, por sus siglas en inglés) que dirige Johan Christensen (GA Nº: 714577).

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中文翻譯 (Chinese translation)

Referencia bibliográfica: 
Hu, B., Zhang, Z., Zhang, H. et al (2021). Non-Hermitian topological whispering gallery. Nature 597, 655–659 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03833-4

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