Acelerando y desacelerando la velocidad de la luz

Por primera vez un equipo de investigadores de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ha demostrado exitosamente que es posible controlar la velocidad de la luz – tanto retardándola como acelerándola – en una fibra óptica, usando la instrumentación disponible en condiciones ambientales normales. Esta investigación podría tener implicaciones en la computación y en las telecomunicaciones.

Este nuevo hallazgo de Luc Thévenaz y sus investigadores en el laboratorio de Nanofotónica y Metrología de la EPFL puede tener profundas consecuencias tecnológicas, ya que poder controlar la velocidad de la luz en una simple fibra óptica es considerada una hazaña importante. Ellos fueron capaces no sólo de retardar la velocidad de la luz en un factor de tres respecto a la bien establecida velocidad c de 300 millones de metros en el vacío, también han logrado la considerable hazaña de acelerarla – haciendo que la luz vaya más rápido que la velocidad de la luz.

¿Qué es la velocidad de la luz?

La velocidad de la luz en el vacío es una cantidad exacta equivalente a 299.792.458 metros por segundo (un tercio de millón de kilómetros en un segundo). La velocidad de la luz se denota con la letra c , proveniente del latín celéritas y también es conocida como la constante de Einstein. Esta velocidad exacta no es una medida sino una definición, ya que el mismo metro está definido en términos de la velocidad de la luz y el segundo.

La velocidad de la luz es de gran importancia para las comunicaciones. Por ejemplo, dado que la circunferencia de la Tierra es de 40.075 km (en el ecuador) y c es teóricamente la velocidad más rápida en la que un fragmento de información puede viajar, el período más corto de tiempo para llegar al otro extremo del globo terráqueo sería 0,067 segundos.

En la actualidad, el tiempo de tránsito es un poco más largo, en parte debido a que la velocidad de la luz es cerca de 30% más lenta en una fibra óptica y raramente existen trayectorias rectas en las comunicaciones globales, además que toman lugar retrasos cuando la señal pasa a través de interruptores eléctricos o generadores de señales.

La finita velocidad de la luz se hizo aparente a todo el mundo, en el monitoreo de comunicaciones entre el Control Terrestre de Houston y Neil Armstrong cuando este se convirtió en el primer hombre que puso pie sobre la Luna: luego de cada pregunta, Houston tenía que esperar cerca de 3 segundos para regresara una respuesta aún cuando los astronautas respondían inmediatamente.

¿Es posible acelerar y desacelerar la luz?

En numerosas ocasiones se han planteado experimentos o hechos observados en los que se afirma haber superado o desacelerado la luz. En el marco actual de la física es difícil concebir tal hecho porque esta barrera forma parte intrínseca de la estructura del espaciotiempo. Los físicos actuales sostienen que no es posible superar o disminuir la velocidad de la luz en el vacío. Sin embargo en 1999 un equipo de científicos encabezados por Lene Hau pudo reducir la velocidad de un rayo de luz a cerca de 17 metros por segundo, y en el 2001 detuvieron momentáneamente un rayo de luz.

Ahora en el año 2005 esta conjetura, prácticamente imposible, ha sido superada gracias al equipo de la EPFL, formado por Luc Thévenaz, Miguel González Herraez y Kwang-Yong Song quien ha elaborado una técnica para cualquier óptica que desacelera y acelera la luz en las fibras ópticas disponibles, sin requerir costosas instalaciones experimentales o medios especiales. Ellos pueden sintonizar fácilmente la velocidad de la señal luminosa, permitiendo así un amplio rango de demoras.

“Esto tiene la enorme ventaja de ser un procedimiento simple, barato que funciona en cualquier longitud de onda, especialmente en las usadas en telecomunicaciones” , explica Thévenaz.

La industria de las telecomunicaciones transmite vastas cantidades de datos vía fibras ópticas. Las señales de luz llevan la información a la velocidad de superautopista de 297 600 kilómetros por segundo. Pero la información no puede procesarse a esa velocidad, ya que con la tecnología actual las señales luminosas no pueden ser almacenadas, dirigidas o procesadas sin transformarse previamente en señales eléctricas, mucho más lentas. Si las señales luminosas pudieran controlarse mediante la luz, sería posible dirigir y procesar datos ópticos sin la costosa conversión eléctrica, abriendo la posibilidad de procesar información a la velocidad de la luz.

Esto es exactamente lo que el equipo de la EPFL ha demostrado. Usando su método de Dispersión Estimulada Brillouin, el grupo logró retardar una señal de luz por un factor de 3,6, creando una especie de “memoria óptica” transitoria. Ellos también pudieron crear condiciones extremas en las que la señal de luz viaja a más de 300 millones de metros por segundo. Incluso a pesar de que esto parece violar toda clase de asunciones físicas apreciadas, no hay necesidad de apartar a Einstein – la relatividad no viene a cuento, pues solo una parte de la señal se ve afectada.

Retardar la velocidad de la luz se considera un paso crítico en la capacidad para procesar información por medios ópticos. La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de la Defensa de los EEUU (DARPA) lo considera tan importante que ha concentrado millones de dólares en proyectos como la “Aplicaciones de la Luz Lenta en Fibras Ópticas” e investiga toda clase de “routers” ópticos . Para tener éxito comercialmente, un dispositivo que retarde la luz debe poder trabajar en un amplio rango de longitudes de ondas, ser capaz de trabajar a velocidades de bits elevadas y ser razonablemente compacto y económico.

Con esta investigación el equipo de la EPFL ha dado el gran paso para acercar la realidad de las aplicaciones de luz lenta, las cuales en un futuro podrán usarse para generar señales de microondas de alto rendimiento en las redes sin cables de la próxima generación y paralelamente a ello, permitirán las transmisiones entre satélites.