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Los secretos de las ciencias para
los que también son de letras

Los físicos consiguen parar la luz; así, tal cual

A primera pensada, diríase que parar la luz es un problema trivial: basta con una sombrilla. Pero lo cierto es que ese objeto –como cualquier otro– no detiene la luz, sino que la desvía. El hecho de que la sombrilla sea visible a nuestros ojos se debe precisamente a que una parte de la luz, la que rebota, envía rayos que estimulan los receptores de nuestra retina, unas neuronas especiales llamadas bastones y conos, y estas convierten la señal luminosa en un impulso electroquímico que cabalga por el nervio óptico hasta nuestro cerebro.

La luz es infatigable; nunca se detiene, sino que rebota frenéticamente a nuestro alrededor desde la sombrilla a otros cuerpos como en una vertiginosa máquina de pinball. Algo de lo que casi todo el mundo es consciente, sepa de ciencia o no, es que la luz se mueve tremendamente deprisa. De hecho, y al menos hasta la fecha presente, nada ha viajado más rápido. Medida en el vacío, la luz avanza a 299.792.458 metros por segundo, un valor constante de la física universal que se denota con la letra “c” y que en la famosa ecuación de Einstein convierte la materia en energía. En términos más pantufleros, la velocidad de la luz es de algo más de 1.000 millones de kilómetros por hora.

Sin embargo, no toda la luz que incide en la sombrilla rebota, o se refleja; una parte de ella se queda. Si la sombrilla es roja, significa que únicamente refleja la luz de ese color, y absorbe el resto. Pero ¿qué ocurre con los colores absorbidos? ¿La sombrilla los detiene? Tampoco en este caso es así. Cuando un objeto absorbe luz, esta se destruye como tal: la energía de sus fotones se transfiere a los electrones de la materia, y el resultado de esta conversión es que la sombrilla se calienta, más cuanta más luz absorbe, lo que sucede cuanto más oscura es. En el ojo, según lo explicado, la luz se transforma en una señal eléctrica y química. Algo similar ocurre en la hoja de una planta, donde la clorofila refleja el verde y absorbe los rojos y azules. La energía de la luz dispara una cadena de saltos de electrones que desembocan en la excreción de un producto de desecho llamado oxígeno; es lo que conocemos como fotosíntesis, una maravilla de la naturaleza que nos permite respirar.

Así pues, parar la luz suena a poco más que metáfora de poema cursi, como atesorar un rayo de luna, enjaular un amanecer o agarrar un suspiro. Y sin embargo, el concepto real de detener y almacenar la luz es una meta que los físicos persiguen no solo como proeza técnica, sino por sus previsibles aplicaciones prácticas, como la posibilidad de cosechar la luz para aumentar la eficiencia de los paneles solares, o la mejora de dispositivos como nanoláseres y biosensores, o incluso la creación de nuevos sistemas de telecomunicaciones radicalmente alternativos a los actuales.

Sin embargo, hasta ahora los físicos se han encontrado con el problema de que, al tratar de detener la luz, su información puede conservarse, pero ya no es luz. El pasado año, un equipo de científicos de la Universidad Técnica de Darmstadt, en Alemania, empleó un método llamado Transparencia Inducida Electromagnéticamente (TIE) para detener la luz durante un larguísimo minuto y luego reactivarla. La técnica consistía muy básicamente en conseguir que un cristal se volviera temporalmente transparente a ciertas frecuencias. Sin embargo, lo que lograba este proceso era más bien almacenar la información de la luz en una propiedad de los electrones de los átomos llamada espín. Otra dificultad añadida es que parte de la luz se dispersa y que, además, estos procedimientos requieren condiciones raras para un uso práctico, como temperaturas gélidas.

Esquema del sistema utilizado para guiar y detener los pulsos de luz. K. L. Tsakmakidis et al., Phys. Rev. Lett. (2014).

Esquema del sistema utilizado para guiar y detener los pulsos de luz. K. L. Tsakmakidis et al., Phys. Rev. Lett. (2014).

Ahora, físicos del Imperial College de Londres y de la Universidad de California en Berkeley (EE. UU.) dicen saber cómo hacerlo. Los investigadores han demostrado teóricamente que pueden atrapar y detener la luz empleando como trampa una especie de alargado canapé formado por una tira de silicio entre dos finas rebanadas de metal. Este peculiar sándwich, técnicamente conocido como guía de onda plasmónica, consigue que la luz se comporte de forma exótica, obligándola a retroceder, frenándola y embridándola hasta parar los fotones en seco.

“Queríamos resolver este difícil problema: ¿cómo diseñar una estructura práctica que permita una deceleración extrema de la luz y su posterior localización sin las trabas de los mecanismos reales como las pérdidas y la aspereza de la superficie, que casi siempre impiden una verdadera parada de la luz?”, plantea el director del estudio publicado en la revista Physical Review Letters, Ortwin Hess. “Hemos estado trabajando en este problema durante más de seis años”, señala. “Esto es lo que hemos conseguido resolver: hemos encontrado una configuración sorprendentemente simple, una heteroestructura metal-dieléctrico-metal, ampliamente utilizada en nanoelectrónica y nanofotónica, que localiza y detiene por completo una secuencia de pulsos de luz, incluso en presencia de todos estos fenómenos de la vida real”, explica Hess.

El primer autor del estudio, Kosmas Tsakmakidis, revela la clave del éxito de su procedimiento, que ha funcionado en rigurosas simulaciones de ondas: “Encontramos la manera de excitar limpiamente un tipo especial de modo de luz guiada en esta estructura que resulta ser notablemente resistente a las pérdidas y a los efectos de la aspereza de la superficie”. Así, los investigadores logran que el proceso de frenado se lleve a cabo sin pérdidas y sin que los fotones dejen de ser tales. En palabras de Hess, “esto es lo que llamamos verdadera parada de la luz, ya que ahora, a diferencia de previos abordajes que mapeaban los pulsos de luz en excitaciones estacionarias de espines atómicos, tenemos los propios fotones inmovilizados. Esto es extremadamente difícil de lograr y, que sepamos, es la primera vez que se demuestra”.

Los físicos trabajan ahora en el perfeccionamiento del sistema para aumentar el tiempo de parada de cara a las posibles aplicaciones de la estructura. Según Hess, “la luz ultralenta y parada en estructuras tan simples puede ofrecer células solares fotovoltaicas más eficientes en absorción de luz. A un nivel más fundamental, esperamos que permita conseguir fuentes de fotón único más eficientes”, un tipo de problema técnico con enormes aplicaciones en campos como la computación cuántica.

9 comentarios

  1. Dice ser manuel

    Este post es una maravilla. Me ha hecho muy feliz leerlo. Me ha encantado. Coincide, más o menos, con alguna de las ideas que he utilizado últimamente para “controlar” los pulsos de ondas infrarrojas emitidos desde la unidad central de calentamiento de la Esfera Galáctica, lo que permite que la nave de Dani, la “Eva” (Cuaderno de bitácora) se acerque sin problemas hasta dicha unidad central de energía….
    https://blogs.20minutos.es/nilibreniocupado/2014/04/25/la-puta-cabeza/comment-page-1/#comment-118596

    28 Abril 2014 | 21:29

  2. Dice ser ROMERALES

    Fenomeno …..

    28 Abril 2014 | 22:03

  3. Dice ser Sicoloco Del Castin De Foolyou

    ¿Para que sirve la luz si no se ve?

    28 Abril 2014 | 22:21

  4. Dice ser Carla

    Y yo que creía que la velocidad de la luz era imprescindible para su cualidad. Que ignorante.

    Carla
    http://www.lasbolaschinas.com

    28 Abril 2014 | 22:31

  5. Genial post, es muy interesante saber cómo se comporta la luz.
    Silvia De Acevedo. http://www.qsmphoto.com

    29 Abril 2014 | 01:03

  6. Dice ser joe

    sicoloco y porque existe el dicho: he visto la luz?

    29 Abril 2014 | 02:01

  7. Dice ser dicese

    Me parece estupendo, pero sigo sin saber a que huelen las nubes.

    29 Abril 2014 | 04:47

  8. Dice ser Hemos Visto

    Lo que Hemos Visto en este post nos ha abierto un montón de posibilidades, y más ahora con los tarifazos eléctricos.

    ¡Se puede parar la luz! … A ver que inventan ahora las eléctricas para crujirnos un poco más, jejeje

    Hemos Visto
    http://hemosvisto.blogspot.com

    29 Abril 2014 | 09:19

  9. Dice ser manuel

    @Dice ser dice:
    Las nubes huelen a mar
    al verde valle, a la sierra,
    a sueños de amor, a niebla,
    a lluvia en el olivar;
    sus acordes, su cantar,
    huelen igual que la tierra.

    29 Abril 2014 | 09:44

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