Paquetes de ondas espaciotemporales: nueva clase de láser desafía las leyes de la física de la luz

Podría conducir a nuevas tecnologías de comunicación

Los científicos han creado una nueva clase de rayo láser que parece contravenir las antiguas leyes de la física de la luz. Estos nuevos haces, que el equipo denomina “paquetes de ondas espaciotemporales”, siguen diferentes reglas de refracción, lo que podría conducir a nuevas tecnologías de comunicación.

La luz viaja a diferentes velocidades a través de diferentes medios, disminuyendo su velocidad en materiales más densos. Es un fenómeno que se resume mejor en un experimento científico básico de la escuela secundaria: si colocas una cuchara en un vaso de agua, la cuchara parecerá estar rota en la superficie del agua. Esto se debe a que la luz viaja más lentamente a través del agua que el aire y los rayos de luz se desvían al entrar en el agua, un fenómeno conocido como Ley de Snell.

Pero los nuevos rayos láser no siguen esta ley básica de la luz. Y tampoco se trata solo de la Ley de Snell: el equipo dice que también ignoran el Principio de Fermat, que dice que la luz siempre toma el camino más corto posible.

“Esta nueva clase de rayos láser tiene propiedades únicas que no comparten los rayos láser comunes”, dice Ayman Abouraddy, investigador principal del estudio. "Los paquetes de ondas espaciotemporales se pueden organizar para que se comporten de la manera habitual, para no cambiar la velocidad en absoluto, o incluso para acelerar de forma anómala en materiales más densos. Como tal, estos pulsos de luz pueden llegar a diferentes puntos del espacio al mismo tiempo".

Esto tiene algunas importantes implicaciones para las tecnologías de comunicaciones ópticas. El equipo utiliza el ejemplo de un avión que envía mensajes codificados en luz a dos submarinos, a la misma profundidad pero a diferentes distancias. Normalmente, el mensaje llegaría primero al submarino más cercano, pero con los paquetes de ondas espaciotemporales, los pulsos podrían propagarse para llegar a ambos al mismo tiempo.

Si bien puede parecer que esta tecnología contradice algunas leyes clave de la física, el equipo enfatiza que en realidad todavía está en línea con la relatividad especial. Eso se debe a que no están jugando con las oscilaciones de las ondas de luz en sí mismas, sino que están controlando las velocidades a las que viajan los picos de los pulsos de luz. Esto se hace utilizando un dispositivo llamado modulador espacial de luz, que reorganiza la energía de cada pulso de luz para entrelazar sus propiedades en el espacio y el tiempo.

"La refracción del espacio-tiempo desafía nuestras expectativas derivadas del principio de Fermat y ofrece nuevas oportunidades para moldear el flujo de luz y otros fenómenos ondulatorios", dice Basanta Bhaduri, coautor del estudio.

La investigación se publicó en la revista Nature Photonics: Anomalous refraction of optical spacetime wave packets

NOTA: El vídeo no está directamente relacionado con la noticia y se titula "Quantum Waves visualized in 3D"