Un campo de fuerza confinado a un haz colimado con bordes limpios es una de las principales características de los haces de tractores y repulsores. Varias teorías que han predicho efectos repulsivos no entran en la categoría de vigas de tractor y repulsores debido a la ausencia de colimación de campo. Por ejemplo, Robert L. Forward, Hughes Research Laboratories, Malibú, California, demostró que la teoría de la relatividad general permitía la generación de un impulso muy breve de una fuerza repulsiva similar a la gravedad a lo largo del eje de un toro helicoidal que contenía materia condensada acelerada.

La comunidad científica dominante ha aceptado el trabajo de Forward. Una variante de la teoría de Burkhard Heim de Walter Dröscher, Institut für Grenzgebiete der Wissenschaft (IGW), Innsbruck, Austria, y Jocham Häuser, Universidad de Ciencias Aplicadas y CLE GmbH, Salzgitter, Alemania, predijo que un campo de fuerza repulsiva de gravitofotones podría ser producido por un anillo que gira por encima de un campo magnético muy fuerte. La teoría de Heim, y sus variantes, han sido tratadas por la comunidad científica dominante como física marginal. Pero las obras de Forward, Dröscher y Häuser no podían considerarse como una forma de repulsor o rayo tractor porque los impulsos y efectos de campo predichos no se limitaban a una región colimada bien definida.

El siguiente es un resumen de experimentos y teorías que se asemejan a conceptos de repulsor y rayo tractor:

Década de 1960editar

En julio de 1960, Missiles and Rockets informó que Martin N. Kaplan, Ingeniero de Investigación Senior, División de Electrónica, Ryan Aeronautical Company, San Diego, había llevado a cabo experimentos que justificaban la planificación de un programa de investigación más completo. El artículo indicaba que un programa de este tipo, de tener éxito, daría resultados «restringidos» o «generales». Describió los resultados «restringidos» como una capacidad para dirigir una fuerza antigravitatoria hacia o lejos de un segundo cuerpo.

En 1964, los físicos de Copenhague, L. Halpern, Universitetets Institut for Teoretisk Fysik, y B. Laurent, Nordisk Institut for Teoretisk Atomfysik, indicaron que la teoría de la relatividad general y la teoría cuántica permitían la generación y amplificación de gravitones de una manera similar al LÁSER. Mostraron, en principio, que la radiación gravitacional en forma de un haz de gravitones podía generarse y amplificarse mediante el uso de emisiones resonantes inducidas.

Década de 1990Editar

En 1992, el profesor ruso de Química, Yevgeny Podkletnov, y Nieminen, de la Universidad Tecnológica de Tampere, Tampere, Finlandia, descubrieron fluctuaciones de peso en objetos por encima de un disco superconductor compuesto masivo levitado electromagnéticamente. Tres años más tarde, Podkletnov informó de los resultados de experimentos adicionales con un superconductor de disco toroidal. Informaron que el peso de las muestras fluctuaría entre -2,5% y +5,4% a medida que aumentara la velocidad angular del superconductor. Ciertas combinaciones de velocidades angulares de disco y frecuencias electromagnéticas causaron que las fluctuaciones se estabilizaran en una reducción del 0,3%. Los experimentos con el disco toroidal produjeron reducciones que alcanzaron un máximo de 1,9–2,1%. Los informes sobre ambos conjuntos de experimentos indicaron que la región de pérdida de peso era cilíndrica, extendiéndose verticalmente por al menos tres metros por encima del disco. En el otoño de 1995 se informó de observaciones cualitativas de una fuerza de expulsión en el borde de la zona blindada.

El físico italiano Giovanni Modanese, mientras era becario Von Humboldt en el Instituto Max Planck de Física, hizo el primer intento de proporcionar una explicación teórica de las observaciones de Podkletnov. Argumentó que el efecto de blindaje y la ligera fuerza de expulsión en el borde de la zona blindada podrían explicarse en términos de cambios inducidos en la constante cosmológica local. Modanese describió varios efectos en términos de respuestas a las modificaciones de la constante cosmológica local dentro del superconductor. Ning Wu, Instituto de Física de Alta Energía, Beijing, China, utilizó la teoría cuántica de la gravedad que había desarrollado en 2001 para explicar las observaciones de Podkletnov. La teoría de Wu aproximó la pérdida de gravedad relativa a un 0,03% (un orden de magnitud menor que el rango reportado de 0,3 – 0,5%).

Varios grupos de todo el mundo intentaron replicar las observaciones de blindaje gravitatorio de Podkletnov. Según R. Clive Woods, Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Estatal de Iowa, esos grupos no pudieron superar los problemas técnicos extremadamente desafiantes de replicar todos los aspectos de las condiciones experimentales de 1992. Woods resumió esas deficiencias en la siguiente lista:

• Uso de un disco superconductor con un diámetro superior a 100 mm;
• Un disco que contiene ~30% de YBCO no superconductor, preferiblemente organizado en dos capas;
• Un disco capaz de levitación automática, pero que aún contiene un gran número de uniones entre granos;
• Un campo de levitación AC con una frecuencia de ~10 kHz;
• Un segundo campo de excitación con una frecuencia de ~1 MHz, para la rotación del disco; y
• velocidades de rotación del disco de 3.000 rpm o superiores para efectos gravitacionales grandes (>0,05%).

C. S. Unnikrishan, Tata Institute of Fundamental Research, Bombay, India, demostró que si el efecto hubiera sido causado por el blindaje gravitacional, la forma de la región blindada sería similar a una sombra del escudo gravitacional. Por ejemplo, la forma de la región blindada por encima de un disco sería cónica. La altura del vértice del cono sobre el disco variaría directamente con la altura del disco de protección sobre la tierra. Podkeltnov y Nieminen describieron la forma de la región de pérdida de peso como un cilindro que se extendía a través del techo por encima del criostato. Ese factor y otros precipitaron una recomendación de reclasificar el efecto como modificación gravitacional en lugar de blindaje gravitacional. Tal reclasificación significa que la región que causa las modificaciones de peso puede ser dirigida y no se limita al espacio por encima del superconductor.

2000seditar

El generador de impulsos de gravedad recibió apoyo teórico adicional de David Maker y Glen A. Robertson, Gravi Atomic Research, Madison, Alabama y Wu. Chris Taylor, Jupiter Research Corporation, Houston, Texas, junto con un particular Robert Hendry y el teórico original Modanese llevaron a cabo un análisis de la idoneidad de los generadores de gravedad de impulso para aplicaciones de Tierra a órbita, interplanetarias e interestelares, esto se repitió de nuevo en 2008 y se recibió una patente de los Estados Unidos y Europa. En general, la comunidad científica dominante ha tratado los informes del generador de gravedad de impulso como extremadamente especulativos y controvertidos. Al menos otro grupo con sede en Europa central ha intentado replicar el experimento del generador de impulsos de gravedad de Podkletnov, pero han optado por no publicar sus resultados.

2010seditar

Un equipo de científicos de la Universidad Nacional Australiana dirigido por el profesor Andrei Rode creó un dispositivo similar a un haz tractor para mover partículas pequeñas de 1,5 metros a través del aire. Sin embargo, en lugar de crear un nuevo campo gravitacional, el dispositivo utiliza un rayo láser Laguerre-gaussiano en forma de rosquilla, que tiene un anillo de luz de alta intensidad que rodea un núcleo oscuro a lo largo del eje del haz. Este método limita las partículas al centro del haz mediante fotoforesis, por lo que las secciones iluminadas de la partícula tienen una temperatura más alta y, por lo tanto, imparten más impulso a las moléculas de aire que inciden en la superficie. Debido a este método, es imposible que un dispositivo de este tipo funcione en el espacio debido a la falta de aire, pero el profesor Rode afirma que hay aplicaciones prácticas para el dispositivo en la Tierra, como, por ejemplo, el transporte de materiales peligrosos microscópicos y otros objetos microscópicos.

John Sinko y Clifford Schlecht investigaron una forma de propulsión láser de empuje inverso como rayo tractor láser macroscópico. Las aplicaciones previstas incluyen la manipulación remota de objetos espaciales a distancias de hasta 100 km, la eliminación de desechos espaciales y la recuperación de astronautas o herramientas a la deriva en órbita.

En marzo de 2011, científicos chinos postularon que un tipo específico de haz de Bessel (un tipo especial de láser que no difracta en el centro) es capaz de crear un efecto de tracción en una partícula microscópica dada, forzándola hacia la fuente del haz. La física subyacente es la maximización de la dispersión hacia adelante a través de la interferencia de los multipolos de radiación. Muestran explícitamente que la condición necesaria para realizar una fuerza óptica negativa (de tracción) es la excitación simultánea de multipolos en la partícula y si la proyección del momento fotónico total a lo largo de la dirección de propagación es pequeña, es posible una fuerza óptica atractiva. Los científicos chinos sugieren que esta posibilidad puede implementarse para la micromanipulación óptica.

En 2010, físicos de la Universidad de Nueva York demostraron el funcionamiento de los haces tractores basados en modos de luz solenoidales.La distribución de intensidad en espiral en estos haces no difractantes tiende a atrapar objetos iluminados y, por lo tanto, ayuda a superar la presión de radiación que normalmente los conduciría por el eje óptico. El momento angular orbital transferido desde los frentes de onda helicoidales del haz de solenoide luego impulsa a los objetos atrapados aguas arriba a lo largo de la espiral. Tanto el haz de Bessel como el haz tractor solenoidal están siendo considerados para aplicaciones en la exploración espacial por la NASA.

En 2013, científicos del Instituto de Instrumentos Científicos (Institute) y la universidad de St Andrews lograron crear un haz tractor que tira de objetos a nivel microscópico. El nuevo estudio afirma que, si bien esta técnica es nueva, puede tener potencial para la investigación biomédica. El profesor Zemanek dijo: «Todo el equipo ha pasado varios años investigando varias configuraciones de partículas entregadas por la luz. El Dr. Brzobohaty dijo: «Estos métodos están abriendo nuevas oportunidades para la fotónica fundamental, así como para aplicaciones para las ciencias de la vida.»El Dr. Cizmar dijo:: «Debido a las similitudes entre la manipulación de partículas ópticas y acústicas, anticipamos que este concepto proporcionará inspiración para estudios futuros emocionantes en áreas fuera del campo de la fotónica.»

Un físico de la Universidad Nacional de Australia construyó con éxito un haz tractor reversible, capaz de transportar partículas de un quinto de milímetro de diámetro a una distancia de hasta 20 centímetros, alrededor de 100 veces más que los experimentos anteriores. Según el profesor Wieslaw Krolikowski, de la Escuela de Investigación de Física e Ingeniería, «la demostración de un rayo láser a gran escala como este es una especie de santo grial para los físicos láser.»La obra se publicó en Nature en 2014.

En 2015, un equipo de investigadores construyó el primer rayo tractor sónico del mundo que puede levantar y mover objetos mediante ondas sonoras. Un instructables de bricolaje para construir su propio haz tractor acústico de juguete se puso a disposición.

En 2018, un equipo de investigación de la Universidad de Tel Aviv dirigido por el Dr. Alon Bahabad demostró experimentalmente un análogo óptico del famoso tornillo de Arquímedes en el que la rotación de un rayo láser de intensidad helicoidal se transfiere al movimiento axial de partículas a base de carbono a escala de micrómetros atrapadas ópticamente. Con este tornillo óptico, las partículas se transportaban fácilmente con velocidad y dirección controladas, aguas arriba o aguas abajo del flujo óptico, a una distancia de medio centímetro.