Llevar a la luz más allá de la velocidad de la luz

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Artículo publicado por Kate McAlpine el 11 de agosto de 2011 en Science Now

La velocidad warp está aún fuera del alcance de las naves espaciales, pero dos nuevos experimentos han llevado a un pulso de luz más allá del límite de velocidad de 300 000 kilómetros por segundo fijado por la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein. Aunque los físicos han logrado anteriormente hazañas similares, dos equipos informan ahora de formas de pérdida de luz de forma que gran parte de la misma parece romper el límite de velocidad universal. No te preocupes, los experimentos no violan realmente la relatividad. Pero las técnicas podrían, en principio, acelerar ligeramente las comunicaciones ópticas.

Ondas de luz © Crédito: jezuez471


Así es como se hace para que un pulso de luz parezca viajar más rápido que la velocidad de la luz. Puede pensarse en el pulso como un tipo de onda vagabunda de radiación electromagnética viajando por el espacio a toda velocidad, por lo que si haces un gráfico de la intensidad del pulso, empezaría en cero, aumentaría suavemente hasta un pico, y luego bajaría de nuevo a cero. Pero tal pico no puede verse como un conjunto de ondas con un rango longitudes de onda oscilando todas continuamente arriba y abajo apiladas unas sobre otras. En el centro del pulso, las distintas ondas se alinean y se refuerzan entre sí. Por el contrario, cerca de los extremos delantero y trasero del pulso, las distintas ondas se desincronizan y cancelan entre sí.

Ahora supón que haces pasar el pulso de luz a través de un material especial que frena algunas longitudes de onda más que otras. Eso puede cambiar la forma en que se alinean las ondas e, irónicamente, desplazar hacia adelante el punto en el cual distintas ondas se refuerzan entre sí, haciendo que el pico parezca saltar adelante más rápido que la luz. El pico incluso puede parecer que surge desde la parte de atrás del material antes de entrar por la parte delantera. Nada de esto viola la relatividad, no obstante, dado que se requeriría que ondas individuales fuesen a una velocidad mayor que la de la luz. Más generalmente, los físicos interpretan ahora que la relatividad indica que la información no puede transmitirse más rápidamente que la luz. Y es la velocidad fija del primer solapamiento de onda de luz, no la posición exacta del pico del pulso, lo que determina la tasa final del flujo de información.

Vitaliy Lomakin de la Universidad de California en San Diego, y sus colegas de la Universidad Pública de Navarra en Pamplona, España, pusieron esta idea en práctica enviando microondas a una lámina agujereada de cobre de 35 micrómetros de grosor entre dos discos de Teflón de 0,79 milímetros. Como consecuencia de este diseño, el pico de un pulso de microondas pueden surgir en el otro extremo del dispositivo incluso antes de entrar en el sándwich de metal.

Pero el metano no deja pasar de forma natural mucha luz. Aquí es donde entra en juego el Teflón. Las dos capas mantienen el brillo y dirección de las ondas mientras que el patrón de agujeros del metal acumula la señal en estas potentes ondas. Mientras que experimentos anteriores habrían observado menos de 1% del pulso de luz rompiendo el límite de velocidad cósmico, la interacción entre el metal y el Teflón permitió al equipo enviar un 10% aproximadamente 100 picosegundos antes, un avance que de describe pronto en Physical Review B. “Esto se logró con una estructura notablemente fina que puede fabricarse fácilmente en un amplio espectro, desde las microondas a la luz visible”, dice Lomakin.

Li Zhan y sus colegas de la Universidad Shanghái Jiao Tong de China dicen que podrían crear un pulso que llegue incluso antes con fibras ópticas, las cuales ya se usan para comunicaciones de datos de alta velocidad. Este equipo envió una señal de luz infrarroja en sentido horario a través de un bucle de fibra óptica y la midió en dos sensores, uno cerca del punto donde entró la luz en la fibra y otro 10 metros más adelante. Normalmente, la señal que pasa a través de la fibra de silicio se mostraría en el primer sensor y alcanzaría el segundo 48,6 nanosegundos después. Sin embargo, Zhan y sus colegas lograr acelerar la señal tanto que llegó al segundo sensor 221 nanosegundos antes de alcanzar el primero.

En este experimento, la propia fibra óptica desempeñaba un papel similar al de la placa agujereada. Para acelerar la señal de luz, se lanzó una segunda onda de luz en sentido antihorario a través de la fibra óptica. La presencia de luz adicional cambió la velocidad a la que se movían las ondas de luz de distinta longitud de onda para modificar la alineación de las ondas. Normalmente, esta segunda onda absorbe tanta luz de la señal que empuja el pico 1 nanosegundo por delante y reduce la intensidad del pico en un 20%. Por el contrario, los investigadores lograron adelantar la luz 211,3 nanosegundos antes de perder tanta luz, según informan en un artículo impreso en Physical Review Letters.

Aunque la información realmente no puede viajar más rápidamente que la velocidad de la luz, Zhan defiende que las comunicaciones podrían lograr pequeñas ganancias en la velocidad a la que se detectan las señales. Los receptores en sistemas de comunicación ópticos también reaccionan al pico de un pulso, no a su extremo inicial. Empujar el pulso más cerca del extremo podría ahorrar apenas unos cientos de nanosegundos, pero Zhan dice que algún día podría suponer una diferencia en el revolucionado mundo del mercado de valores de alta velocidad.

“Esto puede que sea cierto, pero no han realizado aún el experimento”, dice Daniel Gauthier, especialista de luz rápida en la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte. Basándose en su investigación y las de otros, espera que la forma que porta la información del pulso quede destruida en el proceso. Günter Nimtz, experto en fenómenos superlumínicos de la Universidad de Colonia en Alemania, está de acuerdo en que los cambios en la forma del pulso serían problemáticos, pero sugieren que con algo de conocimiento sobre las longitudes de onda del pulso, y el material a través del que se mueven, el extremo receptor podría recuperar la información.


Autor: Kate McAlpine
Fecha Original: 11 de agosto de 2011
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