Archivo de febrero, 2019

Fibra óptica: cómo tus ‘mails’ pueden viajar a 200.000 km/s

Por Mar Gulis (CSIC)*

Cable de fibra óptica iluminado con un puntero láser / Hustvedt

Sabemos que la velocidad de la luz alcanza los 300.000 kilómetros por segundo en el vacío. Ese es el límite máximo que determinan las leyes físicas. Nada en el universo puede viajar más rápido. Por eso, el reto de las tecnologías de telecomunicaciones es alcanzar ese límite: lograr que la información, los millones de datos que intercambiamos cada día en mails, llamadas, compras on line y transacciones de todo tipo, ‘viajen’ a la velocidad de la luz.

De momento, la fibra óptica es la tecnología que más se ha acercado. A partir de la herencia del telégrafo y el teléfono, “los cables de fibra óptica han reemplazado a los hilos de cobre porque pueden transportar una mayor cantidad de datos y más deprisa que su contraparte electrónica”, explica el libro Descubriendo la luz. Experimentos divertidos de óptica (CSIC-Los libros de la Catarata). Aun así, las fibras ópticas tienen limitaciones. No pueden reproducir el vacío del espacio, donde, al no existir atmósfera, la luz se mueve sin resistencia, de ahí que a través de la fibra los datos viajen a ‘tan solo’ 200.000 kilómetros por segundo (la cifra es aproximada).

En las comunicaciones ópticas se envía información codificada en un haz de luz por un hilo de vidrio o de plástico muy procesado. “Este sistema fue originalmente desarrollado para los endoscopios en la década de los 50, con el objetivo de ayudar a los médicos a ver el interior del cuerpo humano sin necesidad de abrirlo. En 1960, los ingenieros encontraron una forma de utilizar esta misma tecnología para transmitir llamadas telefónicas a la velocidad de la luz”, continúa el libro.

Sin embargo, las leyes físicas que explican el funcionamiento de esta tecnología se descubrieron tiempo atrás. Ya en el siglo XIX, el físico irlandés John Tyndall demostró a la Royal Society en Londres que la luz podía viajar a través de un chorro de agua. En óptica, este fenómeno se conoce como reflexión interna, y se produce cuando un rayo de luz atraviesa un medio con un índice de refracción menor que el índice de refracción en el que este se encuentra. Así, el haz luminoso se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios, reflejándose completamente. La reflexión interna total solo se produce en rayos que están viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción. Precisamente este principio explica la conducción de la luz a través de la fibra sin que haya fugas.

La reflexión total puede realizarse mediante el experimento de Tyndall. En la imagen, un puntero láser (a la dcha.) atraviesa el plástico del recipiente y el agua que hay en su interior, para ‘salir’ por el agujero realizado previamente en el recipiente. Al atravesar los dos medios, la luz queda confinada dentro del chorro viajando con su misma curvatura / Juan Aballe / CSIC-IOSA

Una fibra óptica está formada por un núcleo, que es por donde viajan las señales luminosas, y una cubierta o revestimiento transparente. Intuitivamente, cualquiera pensaría que la luz que transita por este tipo de hilos transparentes se saldría por los bordes. Sin embargo, los fotones (partículas elementales en que se puede dividir un rayo de luz) viajan por el núcleo de la fibra óptica rebotando contras sus paredes constantemente, como una pelota entre las paredes de vidrio de una pista de squash. De este modo el haz de luz  queda confinado y se propaga sin que se produzcan pérdidas de información. Esto es posible porque el material interno tiene un índice de refracción más grande que el material que lo rodea.

Ocurre algo parecido con el agua: si un haz de luz incide en un chorro de agua bajo un cierto ángulo, la luz quedará confinada dentro del chorro, viajando con su misma curvatura, tal y como demostró Tyndall en su experimento. La superficie agua-aire actuaría como un espejo en el que la luz se refleja y, por tanto, sigue la trayectoria del líquido. En una fibra óptica la luz viaja de forma similar: va rebotando por sus paredes internas, pero manteniendo la dirección del cable, sin detenerse y pudiendo recorrer miles de kilómetros en segundos.

 

*Este post se basa en varios fragmentos del libro Descubriendo la luz. Experimentos divertidos de óptica (CSIC-Los libros de la catarata), coordinado por María Viñas Peña.

11 de febrero: científicas en las aulas

Por Mar Gulis (CSIC)

‘De mayor quiero ser científica’, ‘¿Qué hace una investigadora del CSIC en Etiopía?’ o ‘Cómo contar peces sin mojarse’ son algunos de los títulos de las más de 2.000 actividades que estos días se celebran en centros educativos, universidades e institutos de investigación de toda España para celebrar el Día internacional de la mujer y la niña en la ciencia y visibilizar el trabajo femenino en el ámbito de la investigación.

Entre el 1 y el 15 de febrero se han programado múltiples iniciativas para que las investigadoras hablen sobre sus carreras científicas en campos tan diversos como la genética, la nanotecnología o la arqueología, y compartan con el alumnado cómo se convirtieron en científicas. Junto con su experiencia vital, las investigadoras también abordarán la situación de la mujer y la ciencia en España, pues aún queda mucho recorrido para alcanzar la igualdad en este ámbito.

El campus central del CSIC en Madrid se ha sumado a esta celebración con unas banderolas que visibilizan a mujeres científicas de la institución. / Sandra Díez (CSIC)

Las charlas en las aulas de centros educativos de todos los niveles son las actividades más abundantes, pero también hay otras muchas propuestas, como talleres, exposiciones, proyecciones y yincanas en los propios centros de investigación. Toda la agenda de actividades puede consultarse en la web https://11defebrero.org/.

El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) participa en esta iniciativa con 200 actividades que se desarrollarán en todo el país, tanto en sus centros de investigación como en las aulas de colegios e institutos. “Es esencial que las niñas y los niños cuenten con referentes femeninos, y que vean la ciencia como una opción profesional factible si queremos que la investigación en España tenga futuro”, explica Leni Bascones, investigadora del Instituto de Ciencias de los Materiales de Madrid del CSIC y coordinadora del Día internacional en España.

Además, en las redes sociales de la institución se irán colgando diversos vídeos que destacan el papel de algunas investigadoras del CSIC, como María Ángeles Durán, Susana Marcos o Auxiliadora Prieto. “No es que tú necesites a la ciencia, la ciencia te necesita a ti”, afirma Durán, Premio Nacional de Sociología 2018, en uno de estos vídeos. “La ciencia es mucho mejor cuando hay gente muy distinta tratando de empujar el carro”, comenta. Los centros de Andalucía también hacen su particular homenaje a las investigadoras que trabajan en ellos con un relato audiovisual en el que las madres de investigadoras narran cómo ha sido la carrera de sus hijas.

En diciembre de 2015, la Asamblea General de las Naciones Unidas decidió proclamar el 11 de febrero como el Día internacional de la mujer y la niña en la ciencia en reconocimiento al papel clave que las mujeres desempeñan en la ciencia y la tecnología. Con esta conmemoración se persigue también apoyar a las mujeres científicas, promover el acceso de las mujeres y las niñas a la educación y la investigación en ciencia y tecnología, y favorecer su participación en esas actividades.