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(Noticias de Nanowerk) Albert Einstein, uno de los científicos modernos más famosos, propuso la revolucionaria teoría de la relatividad especial hace más de un siglo. Esta teoría forma la base de la mayor parte de lo que sabemos sobre el universo, pero parte de ella aún no ha sido probada experimentalmente.
Mediante mediciones electroópticas ultrarrápidas, los científicos del Instituto de Ingeniería Láser de la Universidad de Osaka han visualizado por primera vez la contracción del campo eléctrico alrededor de un haz de electrones que se mueve casi a la velocidad de la luz y han demostrado el proceso de formación (física natural«Visualización ultrarrápida de un campo eléctrico bajo la transformación de Lorentz»).
En la teoría especial de la relatividad, Einstein propuso que para describir correctamente el movimiento de los objetos que pasan frente a un observador a una velocidad cercana a la de la luz, se debe aplicar una «transformada de Lorentz», que mezcla las coordenadas del espacio y el tiempo. Pudo explicar cómo estas transformaciones hicieron que las ecuaciones de los campos eléctricos y magnéticos fueran internamente consistentes.
Si bien varios efectos de la relatividad se han demostrado muchas veces con una precisión experimental muy alta, todavía hay aspectos que permanecen sin descubrir en los experimentos. Irónicamente, esto implica la contracción del campo eléctrico, presentado como un fenómeno de relatividad especial en el electromagnetismo.
El equipo de investigación de la Universidad de Osaka ahora ha demostrado este efecto experimentalmente por primera vez. Lograron esta hazaña midiendo el perfil del campo de Coulomb en el espacio y el tiempo alrededor de un haz de electrones de alta energía producido por un acelerador de partículas lineal.
Utilizando un muestreo electroóptico ultrarrápido, pudieron registrar el campo eléctrico con una resolución temporal extremadamente alta. Se ha informado que las transformaciones de Lorentz de tiempo y espacio, y las de energía e impulso, se han demostrado mediante experimentos de dilatación del tiempo y experimentos de energía de masa en reposo, respectivamente.
Aquí, el equipo estudió un efecto relativista similar llamado contracción del campo eléctrico, que corresponde a la transformada de Lorentz de los potenciales electromagnéticos.
«Visualizamos la contracción del campo eléctrico alrededor de un haz de electrones que se propaga casi a la velocidad de la luz», dice el profesor Makoto Nakajima, director del proyecto. Además, el equipo observó el proceso de contracción del campo eléctrico inmediatamente después de que el haz de electrones pasara por un límite metálico.
Al desarrollar la teoría de la relatividad, se dice que Einstein usó experimentos mentales para imaginar cómo sería viajar en una onda de luz.
«Hay algo poético en demostrar el efecto relativista de los campos eléctricos más de 100 años después de la predicción de Einstein», dice el profesor Nakajima. «Los campos eléctricos fueron en realidad un elemento crucial en el surgimiento de la teoría de la relatividad».
Esta investigación, con observaciones que coinciden estrechamente con las predicciones de Einstein sobre la relatividad especial en electromagnetismo, puede servir como plataforma para mediciones de haces de partículas de alta energía y otros experimentos en física de alta energía.
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