Investigadores de Estados Unidos han demostrado que la luz puede viajar en sentido contrario, y que un pulso de luz que se mueve en retroceso, desafiando al sentido común, lo hace a una velocidad más rápida que la de la luz. Un artículo de Science explica cómo realizaron este curioso experimento que podría abrir un nuevo camino en las comunicaciones por fibra óptica.

(09/06/06 – CyTA – Instituto Leloir. Por Alejandro Manrique) – Por muchos años los científicos han tratado de lograr pruebas sobre la variación de la velocidad de la luz, que incluyen resultados experimentales con información transmitida más rápido que la velocidad de la luz en el vacío (300.000 km/seg), o reportes con el efecto opuesto, es decir una marcada reducción en su velocidad.

Ahora, investigadores de la Universidad de Rochester, Nueva York, Estados Unidos, han ido un paso más allá, lograron observar un pulso de luz en retroceso que viajaba más rápido que la luz.

El artículo que describe el experimento, liderado por Robert W. Boyd, Profesor “Parker Givens” de Óptica en la Universidad de Rochester, apareció en el número del 12 de mayo de la revista Science.

En un caso que desafía la lógica de los trucos con los cuales los físicos experimentan con la luz, Boyd y sus colegas demostraron que en la fibra óptica, material que transmite pulsos de luz, se manifiestan raras características:

– Un pulso de luz disparado dentro de la fibra óptica parte antes que el mismo ingrese.

– Dentro de la fibra óptica, el pulso viaja en retroceso y más rápido que la velocidad de la luz.

Boyd comentó que “…algunos de los mayores expertos mundiales se están tirando de los pelos al conocer la experiencia…”, y que “…la teoría predecía que podríamos enviar la luz hacia atrás, pero nadie sabía que la teoría se sostendría y que se observaría en condiciones de laboratorio…”

Mediante el uso de técnicas y materiales exóticos, Boyd mostró cómo logró reducir la velocidad de un pulso de luz a menos de la de un aeroplano o aumentarla a más de su valor conocido. Pero ahora ha aparecido una “rareza” matemática –una velocidad negativa-, funcionando en el mundo real. Boyd considera que el fenómeno es muy extraño.

“Enviamos un pulso a través de la fibra óptica, y antes que entrara a la fibra estaba saliendo por el otro extremo. A través de los experimentos fuimos capaces de ver que el pulso dentro de la fibra se estaba moviendo hacia atrás”

¿Qué diría Einstein de estas peculiares anomalías? Este fenómeno pareciera contradecir el sagrado principio de Einstein de que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.

Pero, sorprendentemente, los resultados de Boyd no violan ninguna de las leyes de la física. El efecto está previsto por las ecuaciones que describen la propagación de las ondas.

“Einstein dijo que la información no puede viajar más rápido que la luz, y en este caso, al igual que en los experimentos llevados a cabo, ninguna información se mueve más rápido que la de la luz”, aclaró Boyd. “Es un buen ejemplo de algo que va en contra de la intuición y que las leyes de la naturaleza permiten”, comentó en tono entusiasta.

En el espacio vacío, la luz viaja a una velocidad constante de 300.000 kilómetros por segundo. Cuando pasa a través de un material transparente, por ejemplo vidrio o agua, se detiene un poco, como si “rebotara” entre los átomos a medida que se mueve.

En 1999, físicos liderados por Lene Vestergaard Hau, de Harvard, ya habían logrado reducir la velocidad de la luz a unos modestos 60 kilómetros por hora al iluminar un exótico y ultra congelado material conocido como condensado de Bose-Einstein.

Dos años más tarde, el grupo de la Dra. Hau y otro equipo de científicos en el Harvard Smithsonian Center for Astrophysics pudieron llevar la luz al reposo y luego restablecerla con sus propiedades originales intactas.

En otros experimentos, los científicos han mostrado que es posible hacer aparecer a la luz como si estuviera viajando más rápido de lo previsto, y los físicos esperan usar esas manipulaciones para incrementar las comunicaciones ópticas.

Boyd y los estudiantes George M. Gehring y Aaron Schweinsberg, de Rochester, junto a Christopher Barsi del Manhattan College y Natalie Kostinski, de la Universidad de Michigan, usaron en esta oportunidad una fibra óptica de vidrio con pequeñas cantidades de un metal, el erbio, que actúa como amplificador.

Durante el experimento, dispararon un pulso de luz de láser dentro de una fibra óptica. Aún antes de que la totalidad del pulso entrara, otro pulso apareció en el otro extremo de la fibra óptica, aparentemente de la nada. Este nuevo pulso se dividió luego en dos: uno, igual que el pulso original, se movió hacia delante, mientras que el otro retrocedió a través de la fibra. El pulso en retroceso, que viajaba más rápido que la velocidad de la luz, y el pulso original, se encontraron en la parte final de la fibra óptica, donde se cancelaron mutuamente.

Para verificar que efectivamente en la fibra el pulso viajaba hacia atrás, Boyd y su equipo tuvieron que cortarla en partes de varios centímetros, y volvieron a medir cuando el pulso salía de cada una de las secciones. Con un ajuste de datos y ejecutando la medición en una secuencia de tiempo, Boyd pudo apreciar –por primera vez- que el pulso de luz se estaba moviendo en retroceso dentro de la fibra.

Aunque durante el experimento un pulso se convirtió en tres en forma momentánea, la experiencia no violó la ley de conservación de la energía, ya que el incremento adicional de energía para que esto se produjera fue proporcionado por el erbio.

A primera vista, el experimento parecería transgredir el usual límite de velocidad de la transmisión de señales, dado que el pulso original se convirtió en el pulso que avanzaba hacia delante del otro lado de la fibra. Pero este pulso era realmente parte del original, que fue modificado por las inusuales propiedades de la fibra óptica.

“Es realmente asombroso la variedad de manipulaciones de la luz que podemos llevar a cabo en estos días”, expresó la Dra. Hau con relación al experimento de Boyd.

Boyd dijo que este efecto podría encontrar algunas aplicaciones para acelerar las comunicaciones ópticas, aunque por el momento es solamente un impresionante truco de la física. “Me parece elegante y lo encuentro fantástico”, agregó.