Luz natural, el láser del futuro

El estudiante mexicano Omar Santiago Magaña Loaiza contribuyó al hallazgo de nuevas propiedades de la luz en la Universidad de Rochester, Estados Unidos.

Estas nuevas propiedades o cualidades sugieren que la luz del sol o de las estrellas podría ser utilizada para algunas aplicaciones que actualmente tienen los láseres o los radares, indicó Magaña Loaiza.

El joven de 29 años, que realiza sus estudios de doctorado en óptica cuántica en dicha universidad norteamericana con apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), explicó que bajo la supervisión del doctor Robert Boyd, él y otros colaboradores realizaron un experimento para observar un nuevo giro o aspecto del efecto conocido como Hanbury Brown y Twiss.

“Lo que encontramos fueron comportamientos de la luz que nunca antes habían sido observados, lo cual nos permitirá entender nuevos aspectos sobre la naturaleza de la luz y ampliar su aplicación».

En una entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, Magaña Loaiza explica a detalle cómo realizaron el experimento y el impacto que tendrá dicho hallazgo, que ya fue publicado en la prestigiosa revista Science Advances.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿En qué consistió su investigación?

Omar Santiago Magaña Loaiza (OSML): Descubrimos que fuentes naturales de luz, por ejemplo el sol, estrellas o una lámpara, emiten una gran variedad de haces torcidos de luz de manera aleatoria y desordenada.

La luz torcida es luz que se retuerce a medida que se propaga, generando una especie de espiral. Este tipo de luz usualmente se genera de manera artificial en laboratorios, utilizando dispositivos ópticos y láseres.

Nosotros encontramos que mientras más abruptos y aleatorios son los cambios o fluctuaciones en luz natural (también conocida como luz termal), más fuertes se vuelven las similitudes entre, por ejemplo, un par de haces de luz torcida que provienen de una fuente natural de luz.

Esto nos permitió observar nuevas familias de efectos que antes se creía que eran causados por efectos cuánticos de la luz y que únicamente habían sido observados con fotones enredados.

AIC: ¿Cómo realizaron este hallazgo?

OSML: Nosotros utilizamos un dispositivo denominado dispositivo de arreglo de microespejos (DMD, por sus siglas en inglés) que nos permitió crear luz con las mismas estadísticas que la luz natural o luz termal. Digamos que de cierta manera convertimos la luz láser en luz natural.

Luego, lo que hicimos fue generar dos haces caóticos de luz, en los cuales podíamos controlar las fluctuaciones por medio de este dispositivo (DMD).

Después cada haz caótico de luz, como los que produce la luz del sol, fue dirigido a otro instrumento llamado modulador espacial de luz. Con ayuda de este dispositivo medimos los componentes de la luz torcida que generamos con el DMD, es decir, medimos cuántos tipos de espirales contiene esa luz.

Finalmente, cada haz que es reflejado en el modulador espacial de luz es enviado a un detector. Cada detector se encuentra en diferentes posiciones en el laboratorio. Luego las señales de los detectores son comparadas.

Lo interesante es que esta señal muestra que los dos haces caóticos están fuertemente correlacionados o que se vuelven idénticos cuando las fluctuaciones se vuelven más fuertes.

Y es cuando uno puede observar fenómenos de interferencia aparentemente no locales entre los dos detectores o los dos haces.

AIC: ¿Qué resultados obtuvieron?

OSML: Demostramos que estas fluctuaciones de la luz permiten la formación de una gran variedad de fenómenos de interferencia con luz torcida que revelaron la presencia de correlaciones o similitudes entre dos haces torcidos de luz.

En nuestro experimento discutimos cómo estos efectos dan pie a la versión angular del efecto conocido como Hanbury Brown y Twiss. Un hallazgo que abre la puerta a un mundo de fenómenos ópticos y una gran variedad de aplicaciones.

AIC: ¿Por qué es importante el hallazgo?

OSML: Revelar comportamientos de la luz que nunca antes habían sido observados es sumamente importante ya que permite entender nuevos aspectos sobre la naturaleza de la luz. Siento que nuestro experimento forzó la luz a mostrar comportamientos que hasta ahora desconocía la comunidad científica. En mi opinión esta fue la principal razón por la cual nuestro experimento fue publicado y apareció en la portada de la semana del 8 de abril, en la revistaScience Advances.

Cabe mencionar que Science Advances es una revista que publica resultados científicos en todas las áreas (biología, medicina, matemáticas, química, ecología, arqueología, etcétera).

Esto hace sumamente difícil y competitivo publicar en esta revista, ya que las investigaciones tienen que ser relevantes para la comunidad científica en general y abrir nuevas líneas de conocimiento en un área en particular. En realidad es raro ver artículos de física o incluso óptica en la portada.

AIC: ¿Qué impacto tiene su descubrimiento en la física óptica?

OSML: Revelar y entender nuevos aspectos de la luz podría llevar al descubrimiento de otros efectos ópticos. Esto en sí es muy importante, porque estamos hablando de nuevas líneas de investigación y más alternativas para el desarrollo de tecnologías.

A corto plazo pronostico que nuestro trabajo motivará a otros científicos a que exploren efectos antes asociados a fenómenos cuánticos. Posiblemente esto llevará a una variedad de esquemas para detección remota de objetos con luz natural, por ejemplo con luz proveniente del sol. También permitiría utilizar luz natural para generar nuevos esquemas de metrología.

Dado que nuestro experimento es la versión angular del efecto Hanbury Brown y Twiss, el cual se usa en astronomía, nuestro experimento pudiera tener implicaciones en astronomía.

Por ejemplo, hace unos años se sugirió que los agujeros negros en rotación imprimen una huella en luz torcida que, de ser medida, pudiera demostrar la existencia y la dinámica de este tipo de agujeros negros.

Fuente: CONACYT.