Esta mujer redujo la velocidad de la luz a 17 m/s, la detuvo por completo, la manipuló e hizo algo que Einstein teorizó que era imposible.

En 1999, la física danesa Lene Hau logró reducir la velocidad de la luz a 17 metros por segundo. Más tarde, detuvo la luz por completo y no solo eso, sino que también pudo manipularla e hizo algo que Einstein teorizó que era imposible: detuvo la luz en seco utilizando átomos y láseres en su laboratorio de Harvard.

Según Albert Einstein, la luz o los fotones no pueden viajar más rápido que 299791,819 Km/seg. La Dra. Hau dijo que el famoso genio “probablemente se sorprendería” con los resultados de sus experimentos. En 1999, mientras trabajaba en el Instituto Rowland para la Ciencia en Boston, ella y su equipo ralentizaron la luz 20 millones de veces, haciéndola moverse a sólo 38 millas por hora. Lo lograron al hacer brillar un haz de luz a través de una diminuta nube de átomos que se enfriaron a temperaturas increíblemente bajas, mucho más frías que el espacio vacío entre las estrellas. La nube de átomos se mantuvo en su lugar mediante imanes dentro de una cámara casi sin aire, mucho más vacía que el aire de la habitación en la que te encuentras ahora mismo.

Cuando los átomos se enfrían demasiado, unas millonésimas de grado por encima del cero absoluto, pierden su identidad y se mezclan. A temperaturas lo suficientemente bajas, un conjunto de millones de átomos puede comportarse como un único “superátomo”. Este conjunto se conoce como el “condensado de Bose-Einstein”, en honor a los dos físicos cuyo trabajo predijo su existencia en 1924. “Tenía muchísima curiosidad por ver cómo era este nuevo estado de la materia”, dijo el Dr. Hau. 

En junio de 1997, Hau y sus compañeros de trabajo finalmente enfriaron los átomos lo suficiente como para formar un condensado de Bose-Einstein. “Estábamos increíblemente felices”, dijo. “Lo habíamos logrado”. Fueron de las primeras personas del mundo en ver esos condensados.

Ella explicó que los científicos crearon una sustancia especial llamada condensado. Usaron láseres para modificarla, haciendo que la luz pasara más lentamente. Suspendieron el condensado en el vacío y dispararon pulsos láser a través de él. Los pulsos se ralentizaron e incluso se detuvieron por completo. Cuando volvieron a encender los láseres, los pulsos de luz regresaron. Esto significa que pueden “almacenar” luz durante un breve período, como pausar un video.

En 2001, hizo un gran descubrimiento. Con un dispositivo especial que construyó, que parece una gran máquina de pinball con espejos y láseres, tomó un montón de átomos de sodio y los enfrió justo por encima del cero absoluto. Luego, disparó un rayo de luz sobre estos átomos de sodio y, sorprendentemente, la luz se detuvo.

La luz se detuvo dentro de los átomos de sodio. Esto sucedió porque en el momento en que la luz golpeó el sodio, también fue golpeada por otro láser llamado láser de acoplamiento.

Puede parecer complicado, pero tiene una aplicación informática muy útil. Si se puede controlar, detener y manipular la luz, se podría crear un nuevo tipo de ordenador superrápido llamado ordenador cuántico. En lugar de almacenar información en un disco, estos ordenadores cuánticos utilizarían la luz para almacenar y enviar información a través de fibras ópticas.

¿Qué le pasa a la luz cuando se detiene?

Básicamente, cuando se detiene la luz, desaparece por un momento. Se queda atascada. Puedes hacer que se mueva de nuevo abriendo, de alguna manera, una puerta. Para detener la luz, un láser especial tiene que mezclarse con una nube de átomos de sodio. El láser golpea los átomos de sodio, deteniendo la luz. Cuando se apaga el láser, la luz comienza a moverse de nuevo. Esa es la idea básica de cómo funciona. En 2018, se publicó un estudio que dice que la luz se detuvo por completo durante un minuto récord. 

Se le preguntó a la Dra. Lene Hau: ¿Está usted cambiando la realidad? ¿Está tomando esta propiedad fundamental básica de toda realidad —la luz— y borrando lo que existe en la luz actual?

Ella dijo que lo que están haciendo es una especie de magia, pero por otro lado, hay que entender que estamos tratando con cantidades muy, muy pequeñas de luz. No es como si esto pudiera extrapolarse para significar que la luz que fluye de la cara de una persona o de un árbol pudiera finalmente ser capturada o detenida, casi como una especie de manipulación de la luz de ciencia ficción.

Se trata de un control muy limitado de la luz que implica a este sodio superenfriado y que eventualmente podría tener implicaciones para computadoras superrápidas.

Manipulando la luz

En 2014, la Dra. Hau dijo que no solo detuvo la luz sino que también la movió, manipulándola durante medio minuto antes de hacerla reaparecer.

“Podemos retener la luz, moverla o incluso guardarla para más adelante. De hecho, podemos manipularla”, dijo la Dra. Hau en una entrevista con ScienceNordic después de su charla en la conferencia anual Hans Christian Andersen (HCA) en la Universidad del Sur de Dinamarca.

Con un láser acoplado, el Dr. Hau hizo pasar un haz de luz (una onda luminosa) a través del condensado de Bose-Einstein. El ambiente frío del condensado no solo ralentiza la luz, sino que también la comprime.

La luz del láser de acoplamiento es especial porque acopla dos niveles de energía de la molécula para formar una superposición. Dentro del condensado, la luz del láser de acoplamiento se comprime de un kilómetro de largo a solo 0,02 milímetros.

“Una vez que la onda de luz está dentro del condensado de Bose-Einstein, apagamos el láser. Aunque la luz se ha ido, deja una huella distintiva en la nube de átomos”, dijo el Dr. Hau. Este proceso crea una especie de proyección de luz en la materia real: una huella.

Con esta impresión, Hau ha demostrado que es posible almacenar la onda luminosa e incluso moverla durante medio minuto. Esto también significa sacarla del condensado en el que se ha creado. “Podemos ralentizarla, detenerla, moverla y luego crear una copia de ella en un nuevo lugar”, explica Hau.

Es posible manipular la emisión de luz, dijo el Dr. Hau. “Podemos hacer cambios en la emisión de luz, que luego se harán evidentes cuando la convirtamos en luz nuevamente. Por lo tanto, no se trata solo de una forma de almacenar luz, sino también de manipularla”.

¿Cómo se puede manipular la onda de luz? ¿Se podría, por ejemplo, cambiar el color de la luz? “En principio, se podría cambiar el color de la luz, sí. Pero para el procesamiento de la información es probablemente más importante cambiar la forma del pulso de luz para obtener una variación de amplitud diferente o una fase diferente”, dijo el Dr. Hau.

¿Para qué podemos usarlo?

“El objetivo ha sido la investigación fundamental, es decir, aprender cosas nuevas sobre la naturaleza. A largo plazo, creo que podremos utilizarlo para áreas como el procesamiento de información, tanto en el ámbito de la información clásica como en el de la información cuántica”, afirma el Dr. Hau.

La manipulación y el almacenamiento de la luz podrían ser un paso hacia el desarrollo de los ordenadores cuánticos. Todos sabemos que existen. La lista de laboratorios con sistemas cuánticos en funcionamiento incluye a IBM, Google, Microsoft, D-Wave, QuEra y muchos más. Hay varios ordenadores cuánticos en funcionamiento tanto en Europa como en China.

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