Visualización interactiva de la propagación de ondas electromagnéticas en plasma — relación de dispersión, frecuencia de corte, velocidades de fase y grupo, y ensanchamiento de pulsos
En un plasma frío sin magnetizar, las ondas electromagnéticas satisfacen ω² = ωp² + k²c². Cuando ω < ωp, k se vuelve imaginario — la onda es evanescente. Por encima de ωp, la velocidad de fase excede c mientras que la velocidad de grupo es menor que c. El producto vφ·vg = c² asegura que la causalidad relativista nunca se viole.
Cuando ω < ωp, el índice de refracción se vuelve imaginario y la onda decae exponencialmente. La profundidad de penetración (profundidad de piel) determina cuán lejos llega la onda. Los metales reflejan la luz visible porque su frecuencia de plasma está en el UV. La ionosfera refleja la radio HF para comunicación a larga distancia.
Un pulso es una superposición de muchas frecuencias. Cerca de la frecuencia de corte, la dispersión es fuerte y el pulso se ensancha significativamente. En comunicación interestelar, la dispersión del plasma causa que el tiempo de llegada dependa de la frecuencia — las frecuencias más altas llegan primero.
Caso más simple: sin campo magnético externo. ω² = ωp² + k²c². Corte único en ω = ωp.
Con campo magnético externo, las polarizaciones circular izquierda y derecha experimentan dispersión diferente, causando rotación de Faraday.
Propagación perpendicular a B₀ con E ∥ B₀: misma dispersión que sin campo magnético.
La ionosfera refleja radio HF para comunicación más allá del horizonte. VHF/UHF penetra para enlaces satelitales.
Los pulsos de púlsar llegan más tarde a frecuencias más bajas debido a la dispersión del plasma interestelar: Δt ∝ DM/f².
Reflectometría de microondas e interferometría miden la densidad del plasma en reactores de fusión.
Diferentes frecuencias de radio sondan diferentes alturas de la corona solar. Las ráfagas tipo III mapean el perfil de densidad.