Un nuevo sistema de alta tecnología podría alertar de algunas catástrofes naturales

Un grupo de investigadores de Arkansas, Estados Unidos, quiere demostrar el potencial de la tecnología como un sistema de alerta temprana en caso de desastres naturales. Para ello ha construido un interferómetro láser de anillo mucho más pequeño para explorar cómo se podría detectar efectos geofísicos como la rotación de tierra generada por el terremoto y el infrasonido de las tormentas convectivas,

A principios de este año, el 'Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory' (LIGO) fue capaz de detectar una onda de gravedad flotando por el espacio a partir de la colisión de dos agujeros negros miles de millones de años atrás.

El interferómetro inventado por Albert Michelson, que fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1907 por su trabajo usando un espejo semitransparente para dividir un haz de ondas de luz uniformes. Una vez divididas, las diferentes ondas de luz se encaminan a lo largo de diferentes trayectorias y luego vuelven a combinarse. Después de la recombinación, se crea un patrón de interferencia de franjas alternas brillantes y oscuras. Las franjas se mueven en respuesta a cualquier cambio entre las dos longitudes de trayectoria.

Más de 55 años más tarde, se desarrollaron interferómetros láser de anillo que podría medir las frecuencias de la rotación proporcional en lugar de los cambios marginales. Esta semana en el 'Journal of Applied Physics', investigadores del Hendrix College informan sobre los resultados que obtuvieron de detectar y analizar las ondas sonoras con frecuencias de infrasonido atmosférico por debajo del límite inferior del oído humano.

"Nosotros verificamos esencialmente muchos de los resultados de un estudio a largo plazo por la 'National Oceanic and Atmospheric Administration' , por sus siglas en inglésí de Estados Unidos, pero usamos un láser de anillo en lugar de micrófonos", describe Robert Dunn, profesor de Física en Hendrix. El equipo del láser de anillo fue capaz de "mostrar claramente el espectro de frecuencias del infrasonido", relata. En concreto, fueron capaces de detectar los infrasonidos de los tornados 30 minutos antes de que el embudo del tornado estuviera en el suelo y determinaron que los infrasonidos de un tornado pueden viajar 1.000 kilómetros, lo que confirma estudios anteriores de la NOAA.

El funcionamiento del láser de anillo es un poco complejo, pero para detectar la rotación por medio de un láser de anillo, "unos tubos de plasma proyectan un un rayo láser, tanto en sentido horario como en sentido contrario", explica Dunn. "Si la cavidad láser está girando hacia la derecha, se necesita más tiempo para que un fotón se mueva en la dirección de las agujas del reloj para ir alrededor de la circunferencia de la cavidad, ya que está persiguiendo espejos", detalla.

"En sentido antihorario, la trayectoria del fotón es más corta, ya que se encuentra con los espejos. La velocidad de la luz es constante, por lo que existe una diferencia de longitud de camino entre el haz que se mueve hacia la derecha frente al que se mueve hacia la izquierda. La diferencia de longitud de camino a su vez crea una diferencia de frecuencia", explica.

"La Tierra siempre está girando, por lo que montar un láser de anillo horizontal lejos del ecuador medirá su rotación", augura. Los fenómenos que perturben la cavidad láser modificarán la frecuencia del golpeteo de la Tierra. "Esto significa que los infrasonidos que entren en la cavidad láser lo perturbarán y modularán la frecuencia de la nota de golpe producida por la rotación de la Tierra", explica Dunn.

"La detección de un infrasonido 30 minutos antes de que un tornado esté en el suelo, en conjunción con el radar Doppler, podría resultar muy útil como un sistema de alerta temprana --considera Dunn--. Y la capacidad de detectar los componentes de rotación de las ondas sísmicas generadas por un terremoto puede ayudar a reducir los daños causados ??por los terremotos porque los códigos de construcción a menudo descuidan los efectos de la rotación de Tierra".

Más allá de los sistemas de alerta temprana de tornados, los rayos láser de anillo también pueden detectar los infrasonidos de los huracanes y volcanes. "La ceniza volcánica puede destruir los motores a reacción, por lo que la capacidad de una variedad de láseres de anillo para detectar erupciones volcánicas en lugares remotos como las Islas Aleutianas podría ayudar a garantizar la seguridad de los aviones comerciales que vuelan regularmente a lo largo de la región", agrega.

Dunn hizo hincapié en que, en este punto, todos sus resultados "deben considerarse como preliminares", y que el objetivo del grupo es "continuar explorando cómo el láser de anillo puede ayudar a reducir el impacto de las amenazas naturales". El trabajo del grupo recibió el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencia.