Consiguen frenar la luz en el aire

Desde hace tiempo se sabe que la velocidad de la luz se reduce ligeramente cuando pasa por materiales como el agua o el vidrio. Sin embargo, hasta ahora se consideraba imposible que los fotones, las partículas de luz, pudieran ir más lentos cuando viajan por el espacio abierto, un medio sin interacciones con cualquier material.

Investigadores de la Universidad de Glasgow y la Universidad Heriot-Watt (Edinburgo), ambas de Escocia, han logrado frenar los fotones en el espacio libre por primera vez, según publican esta semana en Science Express, que publica por adelantado en línea algunos artículos seleccionados para la revista Science. En concreto, han demostrado qué aplicando una máscara a un haz óptico se puede dar a los fotones una estructura espacial que reduce su velocidad.

Para comprender el fenómeno, el equipo compara un haz de luz, con sus muchos fotones, con un equipo de ciclistas que se turnan para ser cabeza del pelotón. Aunque el grupo se mueve como una unidad, la velocidad de cada uno de los ciclistas puede variar según intercambian su posición.

La formación del equipo puede hacer que sea difícil definir una sola velocidad para el conjunto de los ciclistas, y lo mismo se puede aplicar a la luz. Un único pulso de luz contiene muchos fotones, y los pulsos se caracterizan por tener un número de velocidades diferentes.

Carrera contrarreloj

El experimento se diseñó como una carrera contrarreloj, donde se lanzaron dos fotones a la vez a través de una distancia idéntica hacia una meta definida.

Los resultados revelaron que un fotón alcanzó la línea de meta según lo previsto, pero el fotón modificado por la máscara llegó más tarde, lo que significa que viaja más lentamente en el medio abierto. Sobre una distancia de un metro, el equipo registró una disminución de hasta 20 longitudes de onda, un valor muy alejado del margen de error del dispositivo.

Según los autores, el trabajo demuestra que, después de pasar el haz de luz a través de una máscara, los fotones reducen su velocidad a través del espacio. Esto es muy diferente al efecto de ralentización de la luz cuando atraviesa medios como el vidrio o el agua, donde la luz se hace más lenta solo mientras pasa por estos materiales, porque al salir, vuelve a recuperar la velocidad de la luz normal.

¿También con el sonido?

Lo que hace la máscara es limitar la velocidad máxima a la que el fotones pueden viajar. “Este hallazgo demuestra inequívocamente que la propagación de la luz se puede frenar por debajo de la cifra comúnmente aceptada de 299.792,458 km/s, incluso cuando se viaja en el aire o en el vacío”, concluye Jacquiline Romero, investigadora de la Universidad de Glasgow y coautora del estudio, informa Sinc.

"Aunque medimos el efecto en un solo fotón", continúa, "ocurre también en los rayos de luz. El efecto es mayor cuando las lentes usadas para crear el haz son grandes y cuando la distancia sobre la cual se enfoca la luz es pequeña, es decir, el efecto se aplica sólo a una corta distancia".

Daniel Giovannini, uno de los autores principales del artículo, afirma en la nota de prensa de la Universidad de Glasgow: "El retraso que hemos introducido al haz estructurado es pequeño, pero significativo".

Miles Padgett, del Grupo de Óptica de la Universidad, añade: "Puede parecer sorprendente que podamos hacer que la luz viaje más lentamente, pero el efecto tiene una sólida base teórica y estamos seguros de que nuestras observaciones son correctas. Los resultados nos dan una nueva forma de pensar acerca de las propiedades de la luz y estamos dispuestos a seguir explorando el potencial de este descubrimiento en futuras aplicaciones. Esperamos que el efecto sea aplicable a cualquier teoría de las ondas, por lo que bien podría crearse una desaceleración parecida en las ondas de sonido, por ejemplo".

Referencia bibliográfica:

D. Giovannini, J. Romero, V. Poto ek, G. Ferenczi, F. Speirits, S. M. Barnett, D. Faccio, M. J. Padgett. Spatially structured photons that travel in free space slower than the speed of light. Science (2015). DOI: 10.1126/science.aaa3035.