Descubren cómo se comporta la luz para conseguir la invisibilidad

Un modelo computacional de distribución gratuita ha sido utilizado por matemáticos de la Universidad de Liverpool y Marsella para simular por primera vez cómo se comporta la luz cuando interacciona con los metamateriales y consigue el efecto óptico de la invisibilidad. Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Optics Letters.

En el último año, la invisibilidad de los objetos ha dejado de ser algo más propio de la ciencia ficción que de la vida real. En mayo de 2006 empezó a ser una posibilidad teórica gracias a las investigaciones del físico del Imperial College de Londres John Pendry.

Tal como explicamos en otro artículo, sólo unos meses después el proyecto se convirtió en una realidad al conseguir, el propio Pendry, crear una "manta de invisibilidad" capaz de desviar ondas electromagnéticas proyectadas sobre un pequeño cilindro.

Esto fue posible gracias al desarrollo en modelos teóricos y prácticos de metamateriales, que son materiales con propiedades especiales, muy distintas de las de los materiales habituales.

Metamateriales con refracción negativa

Los metamateriales, cuya fabricación se basa en técnicas de nanotecnología, se caracterizan por poseer un índice de refracción negativo (al contrario que en el caso de los materiales habituales, que es positivo), lo que hace que su comportamiento bajo iluminación sea del todo peculiar.

Los rayos de luz que inciden sobre estos materiales se difractan en dirección opuesta a la del rayo incidente. Estos materiales, utilizados ya para fabricar la primera superlente, están siendo aplicados también para recubrir objetos y que éstos aparezcan como invisibles cuando la luz incide sobre ellos.

La capacidad de estos metamateriales de hacer que un objeto aparezca ante los ojos humanos como invisible había sido observada hasta el momento a escala macroscópica, como efecto óptico, pero no se conocía la reacción de los fotones al interactuar con los metamateriales y ocultarlos a la vista.

Sin embargo, el matemático de la Universidad de Liverpool Sébastien Guenneau, junto a los profesores Frédéric Zolla y André Nicolet, de la Universidad de Marsella, han observado por primera vez, usando un modelo computacional especial de distribución gratuita llamado GETDP (General Environment for the Treatment of Discrete Problems), que los objetos recubiertos con metamateriales aparecen invisibles porque la luz que topa con ellos, cubiertos por esa “manta de invisibilidad”, viaja en ondas en lugar de en haces, según explica al respecto un comunicado de la Universidad de Liverpool.

Hasta esta investigación, los científicos no sabían exactamente cómo los fotones (partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético) podían romperse y formar después nuevas ondas cuando la fuente de luz estaba pegada al objeto.

Fotones sin fragmentar

El GETPD ha permitido analizar mejor la luz cuando está pegada al objeto y mientras viaja en ondas en lugar de en haces, descubriendo que la invisibilidad se consigue porque los fotones no se fragmentan, manteniendo las zonas de luz y sombra necesarias para que el objeto parezca invisible a nuestros ojos.

Así pues, el profesor Guenneau y sus colegas han podido comprobar que la luz puede tomar la forma alrededor del objeto oculto por estos metamateriales, sin ser fragmentada por el objeto, posibilitando su invisibilidad. De la misma manera que el agua pasa alrededor de una piedra en la corriente de un río, la luz incidente rodea estos objetos sin ser perturbada por ellos.

Sus creadores predicen que estos metamateriales podrían usarse como tecnología militar, como en la construcción de aviones de guerra o submarinos, pero advierten que tienen que pasar varios años para que se aplique en seres humanos.

“La forma y la estructura de los aviones sería perfecta para camuflarlos, ya que tienen una estructura y patrón de movimiento fijos. El ser humano o cualquier animal resultan más complicados, porque sus movimientos son muy flexibles y esta “capa de invisibilidad” se vería cuando una persona o una animal hiciera un movimiento repentino”, dice el doctor Guennea en el citado comunicado.