Fotónica

Científicos españoles descubren una nueva propiedad de la luz

Un equipo de investigadores de la Universidad de Salamanca protagoniza la portada de la revista Science tras demostrar que pueden acelerar y desacelerar la rotación de pulsos de luz, lo que abre la puerta a múltiples aplicaciones.

Uno de los experimentos del estudio
Uno de los experimentos del estudio USAL / Universidad de Colorado

Desde hace unas décadas, conocer y manejar las propiedades de la luz nos ha permitido innumerables avances tecnológicos en los mas diversos campos. Además de controlar la longitud de onda, la frecuencia y su polarización, los científicos que trabajan en fotónica son capaces de “retorcer” los pulsos de luz láser y hacer que gire en pequeños “remolinos” que pueden atrapar una partícula en su interior. Ahora, un equipo de investigadores encabezados por la española Laura Rego, estudiante de doctorado de la Universidad de Salamanca, acaba de demostrar que es capaz de ir un paso más allá y pueden acelerar y desacelerar estos vórtices de láser, demostrando una propiedad de la luz desconocida hasta ahora.

El hallazgo es tan relevante que ocupa esta semana la portada de la revista Science, donde ofrecen los detalles que les han llevado al descubrimiento, en colaboración con investigadores del BIST (Barcelona Institute of Science and Technology) y la Universidad de Colorado. “De manera coloquial podemos hablar de “retorcer” la luz”, explica Rego a Next, “aunque el término técnico es cambiar el ‘momento angular orbital’. Lo que hemos hecho nosotros es crear estos vórtices de luz, pero controlar la aceleración y la deceleración de la luz, que hasta ahora se movían a velocidad constante”.

Portada de la revista Science de este jueves 27 de junio de 2019
Portada de la revista Science de este jueves 27 de junio de 2019 AAAS, Science

Esta propiedad es descrita por sus autores como “torque”, en una analogía con los sistemas mecánicos. “Torque es lo que se produce cuando agarras el volante y haces fuerza para hacerlo girar, cambiando su momento angular”, explica la autora principal del artículo. “Como cambia en el tiempo decimos que la luz tiene torque, pero aquí no hay ninguna fuerza externa que acelere esta rotación, por lo que lo podríamos llamar ‘autotorque’”. Todos estos procesos se realizan experimentalmente a través de sofisticados equipos que permiten crear pulsos ultrarrápidos, cuya duración es de femtosegundos - la milbillonésima parte de un segundo - y en frecuencias muy altas, en el ultravioleta extremo.

Una recreación de los pulsos de luz acelerados en el estudio
Una recreación de los pulsos de luz acelerados en el estudio USAL

¿Y cómo consiguen acelerar y desacelerar estos pulsos? El proceso para crear estos vórtices se llama “generación de armónicos de orden elevado”, y consiste en convertir luz láser de frecuencias bajas en frecuencias muy altas. “Se puede aprovechar este proceso para generar de forma directa estos haces de luz con torque”, asegura Rego. “Lo que hacemos es usar dos pulsos de luz infrarrojo con rotación constante, uno mas rápido que el otro, los juntamos, y cuando hacemos que interaccionen con un gas, se produce la ‘generación de armónicos elevado’, y de ahí salen pulsos con torque ultracortos”.

Un esquema para entender el Momento orbital angular
Un esquema para entender el Momento orbital angular Laura Rego et al. USAL

En el equipo de Carlos Hernández-García, en el que Rego se incorporó hace dos años para hacer su tesis, llevan años estudiando cómo generar estos vórtices de luz en frecuencia ultravioleta y ultracorta. “Se nos ocurrió pensar cómo generarlos y que fuesen cambiando en el tiempo, y eso no se había hecho hasta ahora en ningún rango de frecuencia”, asegura. Respecto a las aplicaciones, aunque la nota distribuida por Science habla de la posibilidad de mejorar discos duros y teléfonos inteligentes, el equipo de Rego prefiere ser más cauto, porque es difícil saber de forma tan prematura qué tecnologías terminará mejorando su descubrimiento.

Los equipos utilizados para los experimentos
Los equipos utilizados para los experimentos Universidad de Colorado

“Es posible que algunas aplicaciones de los vórtices estáticos se puedan extender y que otras cosas distintas se puedan investigar”, concluye Rego. “Estos pulsos permiten que podamos interactuar con la materia en escalas muy pequeñas de espacio y con movimientos muy rápidos, así que quizá podamos sacar nueva información de las moléculas e investigar la materia a escala nanométrica. Como es algo tan nuevo tampoco podemos aventurar mucho para qué se va a poder utilizar”.

Referencia: Generation of extreme-ultraviolet beams with time-varying orbital angular momentum (Science)

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