Hace unos pocos años observamos en el laboratorio la refracción de luz difusa del interior de un líquido acuoso turbio hacia un prisma de vidrio. Encontramos que se difractaba luz a un ángulo de refracción mayor al ángulo crítico de la interfase vidrio-agua. Realizamos mediciones sobre el comportamiento de la luz refractada alrededor del ángulo crítico y encontramos que esta dependía de la concentración de partículas. Este efecto se encuentra fuera de la descripción de teoría de transferencia radiativa en la que se supone que la luz difusa al refractarse en una interfase con un medio turbio viaja en el medio matriz (agua en el experimento). De manera que si uno se basa en teoría de transferencia radiativa no esperaría ver luz refractada a ángulos mayores del ángulo crítico. Una manera de explicar este efecto es considerando que la luz difusa viaja en un medio efectivo y por lo tanto debemos utilizar un índice de refracción efectivo para describir la refracción de luz difusa en un medio turbio. Para la componente coherente de la luz (o campo promedio) en un medio turbio se ha podido establecer la validez y naturaleza de un índice de refracción efectivo. Sin embargo no existen trabajos sobre la necesidad de usar un índice de refracción efectivo para la componente difusa. De hecho es una constante en las publicaciones actuales el que se utilice el índice de refracción de la matriz para imponer condiciones de frontera al campo de luz difusa en medios turbios. Muy posiblemente esta es una buena aproximación en medios diluidos o con bajo contraste entre los índices de refracción de la matriz y de las partículas esparcidoras de luz. Sin embargo en medios densos muy posiblemente es una aproximación pobre. _x000D_ El propósito general de este proyecto investigar teórica y experimentalmente el concepto de un medio efectivo en la propagación de luz difusa en medios turbios. Nos limitaremos al caso de sistemas aleatorios de partículas esparcidoras de luz a los que nos referimos como coloides turbios y en particular investigaremos la necesidad y validez de utilizar un índice de refracción efectivo en la refracción de luz difusa al salir de un medio turbio a un medio transparente. Planteamos realizar mediciones del perfil angular de intensidad de luz refractada usando un diseño experimental mejorado y más versátil, partiendo del arreglo original en el que observamos la refracción de luz difusa. También en este proyecto planteamos investigar los fundamentos teóricos y realizar modelos para la refracción y reflexión de luz difusa en medios altamente turbios utilizando un índice de refracción efectivo. Proponemos obtener valores para el índice de refracción efectivo de un medio turbio denso a partir del ajuste de un modelo a datos experimentales y comparar con el modelo llamado de van de Hulst para el índice de refracción efectivo. En segunda instancia queremos investigar el uso potencial de la medición de la refracción de luz difusa y los modelos desarrollados en este proyecto en en nuevas metodologías para el monitoreo de procesos y variables fisicoquímicas en medios turbios, así como en el desarrollo de nueva instrumentación óptica. _x000D_

Hasta donde los participantes de este proyecto sabemos, a la fecha, no existe literatura científica específicamente sobre el índice de refracción para luz difusa en medios turbios. Se han hecho diversos estudios para la propagación de la componente coherente de la luz en medios turbios (como se menciona en los antecedentes de este proyecto). Sin embargo, cuando se aborda el problema de luz difusa invariablemente se recurre a teoría de transferencia radiativa y se ignoran todos los efectos coherentes, excluyendo la posibilidad de usar un índice de refracción efectivo. Como se menciona en la síntesis y antecedentes de este proyecto, suponer que la luz difusa se propaga en un medio de índice de refracción igual al de la matriz del medio (usualmente real) contradice directamente, al menos, un experimento. Es claro que las hipótesis usuales en teoría de transferencia radiativa no son siempre suficientes y que es necesario considerar un medio efectivo para poder simular la refracción de luz en la interfase con un medio turbio. Este problema se abordará directamente en este proyecto y se espera poder fundamentar teóricamente y con resultados experimentales el concepto de índice de refracción efectivo para luz difusa en medios turbios. Esperamos que este índice de refracción efectivo sea en general complejo al igual que en el caso para la componente coherente de la luz. En este momento no es claro que este índice de refracción complejo para luz difusa sea o no el mismo que para la componente coherente. Contestar este punto en particular sería uno de los resultados de este proyecto. Pensamos que el impacto de los resultados de este proyecto podrían ser muchos a largo plazo. Por ejemplo, existen diversas técnicas de análisis de materiales turbios y procesos en estos materiales usando luz difusa. Errores derivados de una mala aproximación a las condiciones de frontera se propagan al extraer valores de un parámetro de interés a partir de mediciones experimentales. De manera que el nuevo conocimiento derivado de este proyecto podría impactar en la precisión y exactitud de diversas técnicas de análisis óptico de materiales. Podría ampliar el uso de algunas técnicas ya establecidas que sólo funcionan para medios poco densos (baja turbidez). Otro ejemplo de posible contribución del conocimiento generado en este proyecto es en los modelos de apariencia de pinturas, textiles y papel. En estos casos se usan modelos simples derivados de teoría de transferencia radiativa y caen en la misma omisión de no suponer un medio efectivo. Por lo que podríamos esperar también un impacto en estos modelos, ampliamente utilizados en aplicaciones industriales y comerciales. Por otro lado, el desarrollo de la parte experimental en este proyecto daría la base para el diseño de nuevos instrumentos y metodologías para medir el índice de refracción complejo de medios turbios y utilizarlo en diversas aplicaciones. El presente proyecto podría fundamentar y dar impulso al desarrollo de una nueva refractometría de medios turbios sean tan amplias como las de la refractometría de medios homogéneos ya establecida.