Solitón

Un solitón é unha onda solitaria que se propaga sen se deformar mentres mantén a velocidade constante. Ocorre en fenómenos físicos e está causado por un delicado equilibrio entre efectos non lineais e dispersivos no medio ("efectos dispersivos" reférense á relación entre a frecuencia e a velocidade da onda no medio). Non é fácil definir exactamente o que é un solitón. Drazin e Johnson (1989) descríben os solitóns como as solucións de ecuacións diferenciais non lineais que:

1. representan ondas dunha feitura permanente.
2. están localizadas, de xeito que decaen ou achéganse a un valor constante no infinito.
3. poden interactuar fortemente con outros solitóns, mais emerxen da colisión sen cambios á parte do desprazamento de fase.

Existen outras definicións máis formais, pero requiren matemáticas substanciais. Por outra banda, algúns científicos usan o termo solitón para fenómenos que non teñen dabondo as tres propiedades (por exemplo, as 'bala de luz' da óptica non lineal chámanse solitóns aínda que perden enerxía na súa interacción).

Historia

O fenómeno asociado foi descrito por primeira vez polo escocés John Scott Russell (1808 - 1882) que o observou na propagación dunha onda ao longo dunha canle de auga. Seguiuna durante varios quilómetros, e observou que a onda non parecía debilitarse ao remontar a corrente. Describeu o descubrimento desta forma:

"Estaba eu a observar o movemento dun bote que estaba a ser arrastrado nunha canle estreita rapidamente por unha parella de cabalos; entón o bote parou de repente (non así a masa de auga na canle que o puxera en movemento; acumulouse na proa nun estado de axitación violenta, e entón, deixándoo detrás, rolou a gran velocidade, tomando a forma dunha morea de auga en elevación solitaria, redondeada, suave e ben definida, a cal continuou o seu curso ao longo da canle aparentemente sin trocar de forma nin diminuír a velocidade. Seguina dacabalo e seguiu rolando a unhas 8 ou 9 millas por hora, preservando a súa forma inicial duns 10 metros de longo e algo menos de medio metro de alto. A altura foi diminuíndo gradualmente, e despois dunha persecución dunha ou dúas millas, perdina nunha volta do canal. Esta, no mes de agosto de 1834, foi a miña primeira oportunidade de verme con ese fenómeno tan singular e belo, ao que lle chamei 'onda de Translación'".

Aplicacións

O uso de solitóns foi proposto en 1973 por Akira Hasegawa, dos laboratorios Bell da empresa AT&T, para mellorar o rendemento das transmisións nas redes ópticas de telecomunicacións. En 1988 Linn Mollenauer e o seu equipo transmitiron solitóns a máis de 4.000 km usando o efecto Raman (nome dun científico indio que describeu unha forma de amplificar os sinais nunha fibra óptica). En 1991, tamén nos laboratorios Bell, un equipo transmitiu solitóns a máis de 14.000 km utilizando amplificadores de Erbio.

En 1998 Thierry Georges e o seu equipo de France Télécom combinaron solitóns de lonxitudes de onda diferentes para realizar unha transmisión a velocidade superior a 1 terabit por segundo (1.024 Gigabits/segundo).

En 2001 os solitóns encontraron unha aplicación práctica no primeiro equipo de telecomunicacións que os utilizaba para transporte de tráfico real de sinais sobre unha rede comercial.