Luz y materia unidas

Lene Hau ha convulsionado de nuevo las creencias de los científicos acerca de la naturaleza de las cosas. Albert Einstein y casi todos los demás físicos insistían en que la luz viaja a 300 000km/s en el espacio libre, y que no puede acelerarse ni decelerarse. Pero en 1998, Hau, por primera vez en la historia, deceleró la luz a 60 kilómetros por hora, más o menos la velocidad del tráfico en hora punta.

Lene Hau explica cómo detuvo la luz en un lugar y luego la recuperó y aceleró en otro lugar distinto. Fotografía: Justin Ide/Oficina de Noricias de Harvard

Dos años más tarde, detuvo por completo la luz en una nube de átomos ultrafríos. Posteriormente, reinició la luz paralizada sin cambios de ninguna característica, y la envió por su camino. Estos experimentos de tanto éxito le llevaron a ocupar un cargo de profesor en la Universidad de Harvard y a un premio de 500 000 dólares de la Fundación MacArthur para gastarlo como quisiera. Ahora Profesora Mallinckrodt de Física y Física Aplicada, Hau ha vuelto a lograrlo. Ella y su equipo hicieron desaparecer a un pulso de luz en una nube fría y luego lo recuperaron en otra nube cercana. En el proceso, la luz se convirtió en materia y de nuevo en luz. Por primera vez en la historia, esto da a la ciencia una forma de controlar la luz con materia y viceversa. Esto es algo que la mayoría de los científicos nunca pensó que fuese posible. Algunos colegas habían preguntado a Hau, "¿Por qué haces ese experimento? No puede hacerse". En el experimento, un pulso de luz fue ralentizado a la velocidad de una bicicleta apuntando el rayo hacia una nube fría de átomos. La luz dejó una “huella” de sí misma en los átomos antes de que los experimentadores la desconectaran. Entonces Hau y sus ayudantes guiaron esta huella a un segundo grupo de átomos fríos. Y obtuvieron lo siguiente: el grupo no fue tocado y ninguna luz pasó a través de ellos. "Las dos nubes de átomos fueron separadas y no habían estado nunca antes en contacto", puntualiza Hau. Estaban separadas 0,2 mm, una distancia relativamente grande a escala atómica. Los investigadores golpearon entonces la segunda nube de átomos con un rayo láser, y la huella atómica revivió como pulso de luz. La luz resucitada tenía todas las características presentes cuando entró en la primera nube de materia atómica, misma forma y longitud de onda. La restablecida luz salió lentamente de la nube y aceleró rápidamente a su velocidad normal de 300 000 kilómetros por segundo. Comunicación por luz La luz porta información, así que piensa en la información siendo manipulada en formas que nunca antes habían sido posibles. Esta información puede ser almacenada – puesta en un estante, por así decirlo – retirada a voluntad, y convertida de nuevo en luz. La luz recuperada contendría la misma información que la luz original, sin más que un periodo en el que estuvo perdida. O la información podría ser modificada. "Las ondas de luz pueden esculpirse", es la forma en que Hau lo expuso. "Entonces pueden pasar. Ya hemos observado tal luz re-esculpida en nuestro laboratorio". Algo extraño sucede a la luz cuando entra en la nube atómica, llamada condensado Bose-Einstein. Se comprime en un espacio 50 millones de veces menor. Imagina un rayo de luz de un kilómetro de largo, cargado con información, que ahora tiene la longitud de la anchura de un cabello pero que aún codifica la misma información. De aquí es fácil imaginar nuevos tipos de ordenadores y sistemas de comunicación – más pequeños, más rápidos, más fiables, y a prueba de interferencias. Los átomos a temperatura ambiente se mueven de forma aleatoria y caótica. Pero cuando los enfriamos en el vacío a –273 grados Celsius, bajo ciertas condiciones millones de átomos se unen entre sí comportándose como una única masa. Cuando un rayo láser entra en tal condensado, la luz deja una huella en parte de los átomos. Esta huella se mueve como una onda a través de la nube y sale a una velocidad de unos 200 metros por hora. Esta onda de materia mantendrá su camino y entrará cerca de otro condensado ultrafrío. Así es como la luz se mueve misteriosamente de una a otra nube en el laboratorio de Hau. Esta onda invisible de materia mantiene su camino a no ser que sea detenida en la segunda nube con otro rayo láser, tras lo cual puede resucitarse como luz nuevamente. Los átomos en ondas de materia existen en estados y niveles de energía ligeramente distintos a los átomos de las nubes a través de los que se mueven. Estos estados de energía encajan con la forma y fase del pulso original de luz. Resumiendo, la información en esta forma puede hacerse absolutamente a prueba de interferencias. La información personal sería totalmente segura. Tal sistema luz-materia materia-luz "es algo maravilloso sobre lo que usar tu cerebro", medita Hau. Los detalles del experimento aparecen como la historia de portada del ejemplar del 8 de Febrero de Nature. Los autores del informe incluyen a la estudiante graduada Naomi Ginsberg, el profesor de posdoctorado Sean Garner, y Hau. De forma práctica No verás un conversor de luz-materia destellando en una fábrica, negocio o tienda en un tiempo cercano. A pesar de todas estas intrigantes posibilidades, “no existen usos prácticos inmediatos", admite Hau. Sin embargo, ella no tiene ninguna duda de que los sistemas prácticos llegarán. Y cuando lo hagan, aparecerán como algo totalmente distinto a lo que nos es familiar hoy día. No necesitarán un montón de cables y electrónica. "En lugar de luz brillando en fibra óptica dentro de cajas llenas de cables y chips semiconductores, los datos intactos e imágenes serán directamente leídos de la luz", imagina Hau. Crear estas nubes atómicas ultrafrías en una fábrica, oficina, o sala de recreo será un problema, pero cree que se puede resolver. "Las nubes atómicas que usamos en nuestro laboratorio son de sólo una décima de milímetro de longitud", apunta. "Tales nubes de átomos pueden almacenarse en pequeños contenedores, no todo el equipo tiene que estar tan frío. Casi con toda seguridad, un sistema práctico diseñado por ingenieros tendrá una apariencia totalmente distinta a la configuración que tenemos hoy en nuestro laboratorio". No hay “quizás” en la voz de Hau. Está serenamente convencida de que las redes de comunicaciones, códigos, relojes y sistemas de guía de luz-materia pueden ser parte de la vida diaria. Si dudas de ella, recuerda que es la persona que detuvo la luz, la convirtió en materia, la transportó y la volvió a transformar en luz.

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Enlaces: Video luz y materia Parando la luz Autor: William J. Cromie Traductor:Manuel Hermán Site:news.harvard.edu