Las “olas monstruo” también existen en escala microondas

Grabado sobre madera “La gran ola de Kanagawa”, de Katsushika Hokusai, entre 1830 - 1833.

Un equipo de científicos del Instituto de Física Aplicada de Nizhny Novgorod, en Rusia, demostró que es posible crear las llamadas “olas monstruo” a través de potentes generadores de radiación microonda, conocidos como girotrones. La investigación fue publicada en el journal Physical Review Letters.

Se denomina “olas monstruo” a los desbordes (picos) inusuales de gran amplitud que se presentan de manera inesperada en una serie de ondas de tamaño menor. Estas olas fueron descubiertas al observar la superficie del océano en alta mar y reciben su nombre por el daño significativo que causan a los barcos o a las plataformas petroleras. 

Desde el punto de vista de la física, siempre existe la posibilidad de tener ondas de gran amplitud en un ambiente que fluctúa de manera aleatoria. Sin embargo, el frecuente surgimiento de “olas monstruo” es muy alto como para reducir su existencia al azar. 

El misterio de la formación de estas olas ha intrigado a la ciencia por mucho tiempo. Gracias a este nuevo estudio, ahora sabemos que estas olas son una consecuencia de las propiedades no lineales de las ondas. En otras palabras: su aparición se explica por ser el resultado de dos olas encontrándose en un mismo punto. Como las olas no presenten una suma aritmética simple, estas terminan por cambiar las propiedades del ambiente en el que se encuentran (por ejemplo, cambiando el grosor de las capas de agua, en el caso de las olas marinas), con lo cual se alteran las condiciones de propagación de las demás olas. 

Debido a que las ondas no lineales no solo existen en el agua, sino en otros sistemas, los científicos han empezado a buscar “olas monstruo” en nuevos ambientes. La búsqueda ha resultado exitosa: los “picos” agudos entre un grupo de ondas aleatorias han sido observados en helio líquido, óptica, semiconductores, láser, plasma y otros.

Girotrón usado en el estudio. 
GICOM


Este estudio no habría sido posible sin los girotrones, potentes generadores de ondas microondas capaces de emitir impulsos con la energía de algunos megawatts. Una de las fuentes principales para los girotrones es el calentamiento de plasma en instalaciones de síntesis termonuclear. Para este estudio, los científicos han decidido observar si es posible encontrar “ondas monstruo” en el espectro de las microondas. 

Potencia de la radiación versus el tiempo (derecha) y distribución de desbordes de potencia (izquierda). 
N. S. Ginzburg et al., / Physical Review Letters

En teoría, se demostró que esto sí es posible. Para ello se hace necesario aumentar la corriente de electrones que generan radiación microonda en los girotrones hasta llegar a un valor en el cual el mecanismo pasa a un régimen de completa turbulencia. En este caso, como se demuestra en el estudio, pueden observarse desbordes en la radiación con un poder 100-150 veces mayor que la potencia media, y 6-9 veces el poder de la corriente eléctrica.

Resultado obtenido por simulación digital. Arriba: dependencia de la radiación versus el tiempo. Abajo a la izquierda: distribución de los desbordes. Abajo a la derecha: el espectro de la radiación.  
N. S. Ginzburg et al., / Physical Review Letters

Desde un punto de vista práctico, el resultado positivo de este estudio significa que sí es posible crear fuentes microondas de alta potencia. 

Artemio Korzhimanov

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