domingo, 19 de abril de 2009

La luz que viaja a 38 millas por hora

¿Cómo se verían las cosas si la luz viajase a una velocidad 15 millones de veces menor que su velocidad en el vacío?

La Dra. Lene Hau (foto http://www.boston.com/news/globe/ideas/articles/2007/03/18/qa_with_lene_hau/)


La físico danesa Lene Hau, de la Universidad de Harvard, y su equipo de dos estudiantes graduados, lograron hace diez años establecer el que tal vez sea el récord de lo que en Física se llama, con poca imaginación, "slow light" (luz lenta): 38 millas por hora. Comparada con la velocidad de la luz en el vacío (300 mil km por segundo, o 186 mil millas por segundo), esta velocidad resulta ser 15 millones de veces menor. ¿Qué diría de esta hazaña Edwin Land, el inventor de la cámara Polaroid y fundador del Rowland Institute for Science, el lugar donde se hizo el descubrimiento?


Foto de Lene Hau, Zachary Dutton, y Cyrus Behroozi junto con los equipos experimentales (http://www.hno.harvard.edu/gazette/1999/02.18/light.html)

Lene Hau usó un condensado de Bose-Einstein, un nuevo estado de la materia predicho -obviamente- por Einstein y Bose, en 1925, y descubierto experimentalmente en 1995. Es un estado de la materia que sólo se observa a temperaturas de una millonésima de Kelvin, mucho menores que las temperaturas del espacio exterior. Entre sus características especiales destaca el hecho todavía no comprendido de que puede, al menos en parte, aparecer de la nada fuera de su contenedor.

La Dra. Hau hizo pasar un pulso de luz a través de un condensado de Bose-Einstein,, disminuyendo su velocidad a la de una combi y comprimiéndolo a un espacio 50 millones de veces menor que el contiguo. Luego, dirigió el condensado de Bose-Einstein (una nube de átomos que se comportan como un sólo átomo masivo, de unos 100 millones de átomos para el caso del experimento de la Dra. Hau) con ayuda de la información contenida en el haz de luz, que ya había sido apagado. Logró enviar esa nube de átomos contra un segundo condensado de Bose-Einstein, que nunca había "visto" al primero y que estaba a 8 milésimas de pulgada de distancia. Entonces, apuntó con un láser a esta segunda nube de átomos y logró "revivir" el primer pulso de luz, que luego de salir de este segundo condensado volvió a recuperar su velocidad de 186 mil millas por segundo, conteniendo la misma información del pulso de luz primigenio.

Las aplicaciones de este sistema de "luz-materia, materia-luz" son ilimitadas, sobre todo en computación y en telecomunicaciones, pues no hay pérdida de información en la transmisión. Además, los switches ópticos controlados con luz lenta necesitarían un millón de veces menor potencia, y el tráfico en las redes de computadoras podría ser más ordenado. Por último, se podrían construir interferómetros con una sensibilidad jamás alcanzada. Las bajísimas temperaturas requeridas, por otro lado, imposibilitarían aplicaciones a corto o mediano plazo, pero Lene Hau confía en que en un futuro se comiencen a ver.

En el 2007, Hau fue coautora de una publicación en la revista Nature (http://www.nature.com/nature/journal/v445/n7128/abs/nature05493.html), donde decía que había logrado detener la luz momentáneamente, usando este sistema. Exacto, lo escuchaste bien. Redujo la velocidad de la luz a cero.

Lene Hau ha ganado ya varios premios, como la medalla Ole Rømer y los 500 mil dólares del MacArthur Fellowship (denominado en la jerga como el Genius Award), y se perfila como próxima ganadora del Premio Nobel de Física.

Pero Lene Hau no ha sido la única que ha obtenido luz lenta. Hay otros métodos, que incluso funcionan a temperatura ambiente. En 1999, usando una técnica llamada electromagnetically induced transparency (EIT), los físicos de la universidad de Texas, liderados por George Welch (http://focus.aps.org/story/v3/st37), lograron reducir la velocidad de la luz a 90 metros por segundo (324 km/h). En 2003, otros físicos, también en Estados Unidos, de la universidad de Rochester (http://physicsworld.com/cws/article/news/17870), lograron reducir la velocidad de la luz a 91 metros por segundo, para una longitud de onda de 488 nm , utilizando un cristal, e incluso obtuvieron velocidades de la luz negativas, de -800 metros por segundo, para una longitud de onda de 476 nm (ambas longitudes corresponderían a luz azul). Este segundo equipo empleó el método de coherent population oscillations (CPO). Por último, IBM dice haber reducido la velocidad de la luz a 1/300 de su velocidad en el vacío, utilizando un chip fabricado con materiales más comerciales (http://news.zdnet.com/2100-9584_22-145405.html).

Según he podido ojear, la mayoría de estos métodos son explicados de una manera teórica (incluyendo ecuaciones) y práctica (mostrando aplicaciones) en el libro Slow Light: Science and Applications (publicado el 2009), de Jacob Khurgin y Rodney Tucker. En el capítulo 1 se habla del método de Lene Hau, en el capítulo 2 se habla del CPO, y en el capítulo 3 del método que usa cristales. En la parte VI, capítulos 15-18, se muestran las aplicaciones.

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