Ola de galería susurrante

Las ondas de galería susurrante , o modos de galería susurrante , son un tipo de onda que puede propagarse alrededor de una superficie cóncava. Descubiertas originalmente para las ondas sonoras en la galería susurrante de la Catedral de San Pablo , pueden existir para la luz y otras ondas, con importantes aplicaciones en ensayos no destructivos , láseres , refrigeración y detección , así como en astronomía .

Las ondas sonoras de la galería circular fueron explicadas por primera vez para el caso de la Catedral de San Pablo alrededor de 1878 ^{[ 3 ]} por Lord Rayleigh , quien revisó una idea errónea anterior ^{[ 4 ] [ 5 ]} de que los susurros podían oírse a través de la cúpula, pero no en ninguna posición intermedia. Explicó el fenómeno de los susurros que se propagan mediante una serie de rayos de sonido reflejados especularmente que forman cuerdas de la galería circular. Al adherirse a las paredes, el sonido debería decaer en intensidad solo como el inverso de la distancia, en lugar del inverso del cuadrado , como en el caso de una fuente puntual de sonido que irradia en todas direcciones. Esto explica por qué los susurros son audibles alrededor de toda la galería.

Rayleigh desarrolló teorías ondulatorias para St Paul's en 1910 ^{[ 6 ]} y 1914. ^{[ 7 ]} La ​​adaptación de ondas sonoras dentro de una cavidad implica la física de la resonancia basada en la interferencia de ondas ; el sonido solo puede existir en ciertos tonos, como en el caso de los tubos de órgano . El sonido forma patrones llamados modos , como se muestra en el diagrama. ^{[ 1 ]}

Se ha demostrado que muchos otros monumentos ^{[ 8 ]} exhiben ondas de galería susurrante, como el Gol Gumbaz en Bijapur y el Templo del Cielo en Beijing.

Las ondas de galería susurrante para el sonido existen en una amplia variedad de sistemas. Algunos ejemplos incluyen las vibraciones de toda la Tierra ^{[ 9 ]} o las estrellas . ^{[ 10 ]}

Estas ondas acústicas de galería de susurros pueden utilizarse en ensayos no destructivos en forma de ondas que se propagan alrededor de orificios llenos de líquido, ^{[ 11 ]} por ejemplo. También se han detectado en cilindros sólidos ^{[ 12 ]} y esferas, ^{[ 13 ]} con aplicaciones en sensores , y se han visualizado en movimiento en discos microscópicos. ^{[ 2 ] [ 14 ]}

Las ondas de galería susurrantes se guían de manera más eficiente en esferas que en cilindros porque los efectos de la difracción acústica (propagación lateral de la onda) se compensan completamente. ^{[ 15 ]}

Existen ondas de galería susurrante para ondas de luz. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} Se han producido en microesferas de vidrio o toros ^{[ 20 ] [ 21 ]} y en burbujas de jabón, ^{[ 22 ]} por ejemplo, con aplicaciones como resonadores ópticos para láser , ^{[ 23 ]} refrigeración optomecánica , ^{[ 24 ]} generación de peines de frecuencia ^{[ 25 ]} y detección óptica . ^{[ 26 ]} Las ondas de luz se guían casi perfectamente por reflexión interna total , lo que lleva a que se alcancen factores Q superiores a 10 ^{10. [ 27 ]} Esto es mucho mayor que los mejores valores, alrededor de 10 ⁴ , que se pueden obtener en acústica. ^{[ 28 ]} Los modos ópticos en un resonador de galería susurrante experimentan cierta pérdida debido a un mecanismo similar al efecto túnel cuántico , incluso en condiciones teóricamente ideales. Esta pérdida se conoce desde la investigación sobre la teoría de guías de onda ópticas y se denomina atenuación de rayos por efecto túnel en el campo de la fibra óptica . ^{[ 29 ]} El factor Q es proporcional al tiempo de decaimiento de las ondas, que a su vez es inversamente proporcional tanto a la tasa de dispersión superficial como a la absorción de ondas en el medio que conforma la galería. Se han investigado ondas de galería susurrantes para la luz en galerías caóticas , ^{[ 30 ] [ 31 ]} cuyas secciones transversales se desvían de un círculo. Dichas ondas se han utilizado en aplicaciones de información cuántica . ^{[ 32 ]} 

También se han demostrado ondas de galería susurrante para otras ondas electromagnéticas como ondas de radio , ^{[ 33 ]} microondas , ^{[ 34 ]} radiación de terahercios , ^{[ 35 ]} radiación infrarroja , ^{[ 36 ]} ondas ultravioleta ^{[ 37 ]} y rayos X. ^{[ 38 ]} Más recientemente, con el rápido desarrollo de las tecnologías microfluídicas, han surgido muchos sensores integrados de modo de galería susurrante, que combinan la portabilidad de los dispositivos de laboratorio en un chip y la alta sensibilidad de los resonadores de modo de galería susurrante. ^{[ 39 ] [ 40 ]} Las capacidades de manejo eficiente de muestras y detección de analitos multiplexados que ofrecen estos sistemas han dado lugar a muchas aplicaciones de detección biológica y química, especialmente para la detección de una sola partícula o biomolécula. ^{[ 41 ] [ 42 ]}

Las ondas de galería susurrante se han visto en forma de ondas de materia para neutrones , ^{[ 43 ]} y electrones, ^{[ 44 ]} y se han propuesto como una explicación para las vibraciones de un solo núcleo . ^{[ 45 ]} Las ondas de galería susurrante también se han observado en las vibraciones de películas de jabón, así como en las vibraciones de placas delgadas ^{[ 46 ]} También existen analogías de ondas de galería susurrante para ondas gravitacionales en el horizonte de sucesos de agujeros negros . ^{[ 1 ]} Se ha demostrado un híbrido de ondas de luz y electrones conocido como plasmones de superficie en forma de ondas de galería susurrante, ^{[ 47 ]} y de manera similar para excitón - polaritones en semiconductores . ^{[ 48 ]} También se han hecho galerías que contienen simultáneamente ondas de galería susurrante acústicas y ópticas, ^{[ 49 ]} exhibiendo un acoplamiento de modo muy fuerte y efectos coherentes. ^{[ 50 ]} También se han observado estructuras híbridas de galería susurrante sólido-fluido-óptica. ^{[ 51 ]}

• Galería de los susurros
• resonador de anillo óptico
• Resonador
• Acústica arquitectónica

• Investigaciones de espejos de galería de susurros para rayos EUV y rayos X blandos , TY Hung y PL Hagelstein