¿PODEMOS MANIPULAR LA VELOCIDAD DE LA LUZ?

Miguel Ángel Sabadell

Astrofísico y divulgador científico

Algo extraño y misterioso se cuece en lugares como la Escuela Politécnica Federal de Lausanne (Suiza), la Universidad de Colonia (Alemania), el Instituto Levedev de Moscú, la Universidad de Rochester en Nueva York o el Laboratorio de Investigación que la empresa japonesa NEC tiene en Princeton, EE UU. En ellos hay grupos de científicos trabajando en lo imposible: controlar la velocidad de la luz, conocida por la letra que la representa, 'C'.

Suele decirse que nada puede viajar más rápido que la luz, pero no es cierto. Prueba de que se puede viajar más rápido es la llamada radiación de Cherenkov, ese resplandor azulado que puede verse en las piscinas donde se almacena el combustible usado en las centrales nucleares y que se produce cuando partículas cargadas atraviesan un material –en las centrales nucleares es el agua– a una velocidad superior a la de la luz en ese medio. Esto último es lo importante: puedes viajar más rápido que la luz en el agua, pero lo que es imbatible es su velocidad en el vacío. En ningún momento se prohíbe que se pueda ir más deprisa que ella en el agua, aire, cristal, plástico…

Otra cosa debemos tener en cuenta: el valor de c, los conocidos 300.000 km/s, no se deduce de ninguna teoría sino que se trata de un valor experimental y, por tanto, depende de las condiciones que impongamos en el laboratorio. Sin embargo, lo llamativo es que jugando con láseres y con ciertos materiales podemos conseguir que la luz acelere, se frene e incluso, viaje hacia atrás.

Hacer que la luz vaya más rápida que ella misma recuerda a aquella famosa frase de Groucho Marx: “¿A quién va a creer? ¿A mi o a sus propios ojos?” Porque los físicos se dedican a mover la cabeza de un lado a otro con resignación cada vez que se enfrentan a un experimento de este estilo. Así, en 1995 Günter Nimtz lanzó un haz microondas –que es luz–, en cuyo interior había codificado la Sinfonía nº 40 de Mozart, a 4,7 veces la velocidad de la luz; cinco años después los investigadores L. J. Wang, A. Kuzmich y A. Dogariu de la empresa NEC observaron cómo salía luz láser de una pequeña célula rellena de cesio gaseoso antes de que hubiera entrado en ella. ¿Cómo lo consiguieron?

Primero bombearon energía mediante un láser a una ampolla llena de vapor de cesio, y luego enviaron un pulso de luz hacia la ampolla y justo antes de alcanzarla, en el otro extremo surgieron dos: uno hacia el exterior, viajando a la velocidad habitual y otro, hacia adentro, viajando 300 veces más despacio que la luz y en camino para encontrarse con el pulso incidente. Aparentemente el rayo de luz había viajado por el interior de la ampolla a mayor velocidad que c.

Pero esto no es nada. En 2003 el grupo de la Universidad de Rochester liderado por Robert Bold consiguió reducir la velocidad de la luz a unos míseros 327 km/h (el transbordador espacial viaja a 27 000 km/h y un avión comercial a 900 km/h). Algo que se queda en nada si lo comparamos con lo logrado tres años antes: Lene Verstergaard Hau ralentizó la luz hasta una velocidad de poco más de 1 km/h usando el llamado condensado de Bose-Einstein, el estado de la materia por debajo del sólido, cuando se encuentra a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,16º C). Y en 2001 Ron Walsworth y Mikhail Lukin del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics conseguían detener por completo la luz usando vapor de rubidio. Lo que hace peculiar el experimento de Rochester es que es la primera vez que se consigue esta ralentización de la luz sin hacer uso de temperaturas extremadamente bajas ni gases muy, muy calientes. Bold y sus colaboradores consiguieron ralentizar la luz a temperatura ambiente usando un cristal de alexandrita, o crisoberilio rojo, que cambia de color en función de la luz y que debe su nombre al Zar Alejandro II, pues se descubrió en los Urales en 1831 el día de su cumpleaños.

La ventaja de realizarlo en este tipo de materiales –en rubí también se puede reducir la luz hasta 200 km/h– es que puede tener aplicaciones en las comunicaciones o a la hora de almacenar información. Las compañías de telecomunicaciones transmiten a la velocidad de la luz gran cantidad de datos vía las fibras ópticas. Por desgracia, la información no se puede procesar cuando se encuentra codificada en forma de luz, sino que hay que convertirla en señales eléctricas cuyas operaciones se realizan a menor velocidad. Si se pudieran procesar la información que transportan los láseres por las fibras ópticas sin tener que pasar por esa costosa conversión, se podría procesar la información a la velocidad de la luz.

Esto es lo que demostraron en 2003 Luc Thévenaz, Miguel González Herraez y Kwang-Yong Song, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana: que se puede controlar la velocidad de la luz en una fibra óptica utilizando instrumental comercial y a temperatura ambiente. Así, y como si del pedal acelerador de un coche se tratara, redujeron en 3,6 veces su velocidad para después hacerla viajar más deprisa que los clásicos 300.000 km/s, y en 2005 mejoraron su propio récord a 4 veces más despacio. La importancia de este tipo de trabajos lo demuestra el hecho que el US Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) insufla millones de dólares a proyectos de este tipo.

Para entender estos juegos de acelerones y frenazos a la luz imaginémonos una de esas casas de los espejos de las ferias que tienen uno de los que nos hace gordos. Al entrar nos vemos normales, pero al llegar a la curvatura central nuestra tripa es lanzada hacia delante a gran velocidad respecto al movimiento de paseo normal nuestro. Del mismo modo, un pulso de luz que es dirigido a un tipo especial de material se mueve a la velocidad habitual y al entrar en él, es como si fuera estirado hasta alcanzar el otro extremo. Lo mismo ocurre en el retardo de la luz. Esta vez el espejo es el que nos hace delgados y donde nuestra imagen va más despacio al pasar por la sección curvada.

El último paso en este más difícil todavía lo dio el grupo de Rochester al enviar hacia atrás un pulso de luz, algo que la teoría predecía pero nadie sabía cómo hacerlo en el laboratorio. Enviaron un pulso de luz láser –una única ola– a través de una fibra óptica hecha con el elemento erbio, un metal que pertenece al grupo de las tierras raras. Al igual que en el caso del grupo de NEC, el pico del pulso –la cresta de la ola– salió de la fibra óptica antes de que el pulso lanzado entrara por completo en ella. Y también observaron un pulso de luz viajando desde lo que debería haber sido la salida hacia la entrada. Para hacernos una idea, imaginemos el escaparate de una tienda de electrodomésticos con una televisión y una cámara de vídeo. Al pasar por delante vemos que nuestra imagen surge en el lado opuesto de la televisión. Seguimos andando y nuestra imagen televisiva también lo hace, nos cruza y desaparece en el extremo contrario, aquél por el que hemos entrado. La televisión ha creado un clon que se comporta igual que nosotros. Ante esto: ¿qué pensar? El propio Bold nos da la respuesta: “Sé que suena raro, pero es el modo en que el mundo funciona”.