Así es el dispositivo que imita a los agujeros negros y podría revolucionar la óptica moderna
Un nuevo dispositivo óptico desarrollado en laboratorio imita el comportamiento de los agujeros negros y blancos, absorbiendo o rechazando la luz según su polarización. Esta innovación abre la puerta a tecnologías como el camuflaje multiespectral o la recolección energética con alta eficiencia.
Fuente: ChatGPT / E. F.
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
Creado: 16.04.2025
El interés por los agujeros negros ha trascendido los muros de la ciencia durante décadas. No hace falta haber leído un tratado de astrofísica para que la sola idea de una región del espacio donde la luz no puede escapar despierte asombro. Pero hay otro fenómeno teórico menos conocido, igual de fascinante: los agujeros blancos, entidades que hacen justo lo contrario, repelen todo lo que se acerca. En un giro sorprendente, ahora un equipo de investigadores ha conseguido replicar el comportamiento de ambos en un pequeño dispositivo óptico hecho en laboratorio.
Este experimento, liderado por científicos del University of Southampton y publicado en la revista Advanced Photonics, presenta una prueba de concepto de un artefacto que puede comportarse como un “agujero negro óptico” o un “agujero blanco óptico” según la polarización de la luz que recibe. Lejos de ser solo una curiosidad conceptual, este avance abre nuevas posibilidades tecnológicas en áreas que van desde el camuflaje hasta la recolección de energía. Y todo parte de un principio físico fundamental: la absorción perfecta coherente.
Cómo funciona un agujero óptico
El dispositivo se basa en un fenómeno óptico conocido como interferencia coherente. Para entenderlo, pensemos en cómo interactúan dos haces de luz cuando se encuentran. Si están en fase (es decir, si sus picos y valles coinciden), pueden reforzarse o anularse dependiendo de cómo se crucen. Lo novedoso aquí es que esa interferencia se explota para absorber o rechazar completamente la luz, dependiendo de su dirección y polarización.
En concreto, el aparato consta de dos prismas colocados en ángulo recto con una delgada película absorbente de cromo entre ellos. Esta disposición permite que los rayos de luz entrantes se reflejen de forma controlada, generando una onda estacionaria sobre la película. Lo crucial es la polarización de la luz: si es s-polarizada (el campo eléctrico es perpendicular al plano de incidencia), se produce una interferencia constructiva que favorece la absorción total; si es p-polarizada (el campo eléctrico es paralelo), se produce interferencia destructiva, y la luz se refleja por completo.
Según explican los autores en el artículo, “la interferencia en un absorbente delgado puede llevar a la absorción casi perfecta de luz térmica o láser de una fuente de amplio espectro utilizando su coherencia espacial”.
Fuente: Advanced PhotonicsEl concepto de absorción perfecta coherente
Aunque la absorción de luz es un fenómeno conocido desde hace mucho, la idea de absorberla por completo mediante interferencia de haces coherentes es más reciente. Desde 2012, se ha demostrado que, si dos haces idénticos y coherentes inciden sobre una película absorbente desde lados opuestos, pueden eliminar totalmente los reflejos y transmisiones, haciendo que toda la luz quede atrapada en la película.
En el artículo se detalla que, para una lámina muy delgada respecto a la longitud de onda, “una película infinitesimalmente delgada no puede absorber más de la mitad de la energía de una onda viajera”, pero que, usando materiales adecuados o metamateriales, se puede acercar mucho a ese límite. La clave está en ubicar la película justo donde la onda estacionaria tiene un máximo de campo eléctrico, lo que garantiza una interacción intensa y máxima absorción.
Además, el dispositivo se beneficia de una propiedad especial de los haces láser y otras fuentes coherentes: la coherencia espacial, es decir, la uniformidad de fase en todo el frente de onda. Esto permite lograr el efecto de absorción total sin depender de configuraciones ópticas complejas, lo que lo vuelve más práctico que otros dispositivos experimentales anteriores.
Fuente: ChatGPT / E. F.Un diseño simple con resultados complejos
La estructura física del dispositivo es notablemente simple: dos prismas de vidrio BK7, pulidos con alta precisión, y una capa de 20 nanómetros de cromo como material absorbente. Esa lámina tan fina se encuentra en contacto directo entre las caras interiores de los prismas, con un líquido que iguala el índice de refracción para evitar distorsiones.
Este diseño permite realizar el experimento sin necesidad de interferómetros grandes ni fuentes externas. Los propios reflejos internos del sistema bastan para generar la configuración deseada. “El tipo de interferencia se determina por la polarización de la luz”, afirman los autores. Con s-polarización, se logra una absorción de hasta el 91 % en el rango probado. Con p-polarización, en cambio, la luz se refleja casi por completo.
En este último caso, se genera un patrón de interferencia visible como una onda estacionaria frente al dispositivo, lo que confirma la transmisión sin absorción, un efecto deseado en ciertos contextos ópticos avanzados.
Fuente: Advanced PhotonicsAplicaciones más allá de la teoría
La idea de replicar agujeros negros y blancos puede parecer, en principio, un simple ejercicio de analogía física. Pero este tipo de dispositivos tiene un gran potencial en campos prácticos. Las propiedades de absorción selectiva según polarización pueden usarse para diseñar sensores, sistemas de recolección energética, filtros ópticos, o incluso tecnologías de camuflaje y sigilo en el espectro infrarrojo.
Además, dado que el principio físico se basa en ondas y no solo en la luz visible, podría aplicarse también en otros tipos de ondas: microondas, ondas de radio, o incluso acústicas, como ya se ha explorado en otros contextos. Eso lo convierte en un avance transversal, que podría beneficiar desde la ingeniería de telecomunicaciones hasta el diseño de nuevos materiales para entornos extremos.
Una ventaja clave del sistema es su ancho de banda amplio. A diferencia de otros dispositivos ópticos que funcionan en rangos específicos, este diseño muestra un comportamiento constante en todo el espectro probado, lo que lo hace especialmente útil para fuentes de luz variadas o situaciones donde se requiere control sobre múltiples frecuencias simultáneamente.
Perspectivas y límites del experimento
Aunque los resultados son prometedores, los autores reconocen que su dispositivo aún no alcanza la perfección teórica. En sus propias palabras, “se observaron niveles de absorción y reflexión menores al 100 % en nuestros experimentos de prueba de concepto”. Entre las causas posibles se incluyen imperfecciones en la alineación de los prismas, pérdidas por difracción en los bordes y pequeñas distorsiones en el frente de onda.
Sin embargo, las simulaciones y los cálculos presentados en el artículo muestran que, con materiales óptimos y mejoras en el montaje, se podría alcanzar una absorción o rechazo casi determinístico en dispositivos reales. De hecho, ya se está explorando la posibilidad de fabricar matrices de microprismas, que permitirían escalar el sistema para aplicaciones más grandes.
El dispositivo también destaca por su tolerancia angular, es decir, su capacidad para mantener el efecto deseado aunque la luz incida con ligeras desviaciones del ángulo óptimo. Esto es importante para aplicaciones fuera de laboratorio, donde las condiciones no siempre son perfectas.
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Referencias
Eric Plum, Anton N. Vetlugin, Baurzhan Salimzhanov, Nikolay I. Zheludev y Nina Vaidya. Optical analog of black and white gravitational holes. Advanced Photonics, Vol. 7(2), 025001 (2025). https://doi.org/10.1117/1.AP.7.2.025001.
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