Aunque nunca hayas oído hablar del teorema de Bernouilli, seguro que lo has experimentado. Son las fuerzas que mantienen los aviones en el aire, que introducen combustible en el carburador de tu coche y hace que las pelotas de tenis giren con efecto.

Se llama así por el científico suizo del siglo XVIII Daniel Bernouilli que descubrió que un fluido circulando a alta velocidad tiene una menor presión que uno circulando a una velocidad menor. Cuando la diferencia de presión sucede en partes opuestas de un mismo objeto, como un ala, esta experimenta una fuerza que empuja de la región de altas presiones a la de bajas presiones.

Lo cual plantea una pregunta interesante. ¿Los objetos situados en un flujo no convencional parecido al líquido, como un haz de luz, podrían experimentar las fuerzas de Bernouilli? La semana pasada, Ramis Movassagh de la Universidad Northeastern en Boston (EE.UU.) y Steven Johnson del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge (EE.UU.), afirmaron que sí podrían y exploran las condiciones en las que se podría dar.

Estos investigadores empiezan su análisis imaginando un cilindro dieléctrico rotatorio, como una vara de cristal, bañada en un flujo de fotones. En esta analogía, el flujo de fotones es el fluido y la vara de cristal es el equivalente a una pelota de tenis girando.

En un partido de tenis, una pelota que gira moviéndose a través del aire cambia de dirección con efecto porque la presión en un lado de la pelota es mayor que en el otro. Eso es porque en un lado de la pelota que gira, su superficie se mueve hacia el flujo de aire, mientras que se aparta de él en la otra cara. Eso produce una diferencia en presión, justo como predice Bernouilli.

Movassagh y Johnson se preguntan si una diferencia parecida en la presión podría surgir para un objeto que gira en un haz de luz. Concluyen que sí, pero solo si el objeto está hecho de un material dieléctrico, como el cristal o el plástico.

En un material dieléctrico, un campo electromagnético externo penetra un poco en el material. Cuando el material está rotando, esta interacción genera una fuerza. Movassagh y Johnson calculan que esta fuerza es en la misma dirección que la fuerza de Bernouilli cuando la susceptibilidad eléctrica del material es positiva y en la dirección contraria cuando la susceptibilidad eléctrica es negativa.

Un resultado interesante es que la fuerza es cero cuando el material es un conductor, Eso tiene sentido. "Como un conductor perfecto no permite penetración de los campos electromagnéticos, los campos no pueden 'notar' que este está rotando o siendo 'arrastrado' por la materia en movimiento", explican Movassagh y Johnson.

Aunque existe un pero: esta nueva fuerza óptica de Bernouilli es diminuta. Sin embargo, señalan que debería ser posible magnificarla explotando los efectos resonantes. Esto se podría hacer con esferas de múltiples capas capaces de atrapar la luz, o usando materiales en los que la interacción con la luz se potencia por plasmones de superficie, por ejemplo.

Nadie ha visto aún la fuerza de Bernouilli óptica, pero con este tipo de magnificación, podría verse en el laboratorio en un futuro relativamente cercano.

La única pregunta entonces será para qué se podrían usar las fuerzas de Bernouilli ópticas. Respuestas en los comentarios, por favor.

Ref: arxiv.org/abs/1305.0317: Fuerzas "Bernoulli" Ópticas