Suena a truco. Algo dentro de la luz parece correr más que la propia luz, pero no es una nave, ni una partícula rara, ni una señal secreta del universo. Un equipo del Technion, Instituto Tecnológico de Israel, ha medido por primera vez pequeños «puntos oscuros» dentro de ondas de luz que superan la velocidad de la luz sin saltarse la relatividad.
La conclusión principal es más fina de lo que parece. Estos puntos no llevan materia, energía ni información, así que no violan el límite que Einstein puso para las cosas que sí pueden transmitir algo físico. Es más parecido a una sombra que se desplaza por una pared que a una bala atravesando el espacio.
Puntos oscuros
Los investigadores llaman a estas zonas singularidades de fase. Dicho sin jerga, son lugares dentro de una onda donde la luz se cancela por completo y queda un punto de oscuridad.
Pasa algo parecido cuando dos ondas de agua se encuentran. Si coinciden bien, levantan una cresta más alta, pero si se pisan al revés, pueden dejar un hueco. En el café también se ve algo familiar cuando removemos con una cuchara y aparece un pequeño remolino.
Estos remolinos de luz no son objetos sólidos. Son defectos en la forma de la onda, como pequeñas marcas en un patrón que cambia muy deprisa. Por eso resultan tan difíciles de seguir.
No rompe a Einstein
La relatividad especial dice que la luz en el vacío marca el límite para la materia, la energía y la información. Ese límite está cerca de trescientos millones de metros por segundo, una cifra tan enorme que cuesta imaginársela.
Pero aquí está el matiz. Los puntos oscuros medidos por el equipo son «puntos cero», zonas donde la amplitud de la onda cae a cero. No cargan un mensaje ni empujan energía de un sitio a otro.
¿Entonces qué se mueve? Se mueve la posición del hueco dentro del patrón de la onda. Es una geometría que cambia, no una partícula viajando por el laboratorio.
Una medición difícil
El trabajo fue liderado por Ido Kaminer, Tomer Bucher, Alexey Gorlach, Arthur Niedermayr y Shay Tsesses, de la Facultad Andrew y Erna Viterbi de Ingeniería Eléctrica e Informática del Technion. También participaron investigadores de Bar-Ilan University, MIT, SIOM, Harvard, Stanford, la Universidad de Milano-Bicocca e ICFO.
Para ver estos puntos, el grupo construyó un sistema especial de microscopía electrónica ultrarrápida en el Centro de Microscopía Electrónica del Technion. En la práctica, eso significa usar electrones y láseres para mirar procesos diminutos que ocurren en tiempos increíblemente cortos.
El artículo de Nature explica que la combinación de avances de hardware y algoritmos permitió observar la dinámica completa de estas singularidades ópticas. Hasta ahora, esa parte del movimiento era, en gran medida, territorio casi invisible.
Luz y sonido
Los puntos oscuros se midieron en láminas muy finas de nitruro de boro hexagonal, un material preparado por Hanan Herzig Sheinfux, de Bar-Ilan University. En ese material, la luz se mezcla con vibraciones diminutas de la red atómica y forma ondas híbridas.
Esas ondas se llaman polaritones de fonón. Suena complicado, pero la idea básica es sencilla. Son una especie de mezcla entre luz y sonido que se mueve de una forma poco habitual dentro del material.
Según la nota del Technion, en este material las ondas avanzan unas cien veces más despacio que la luz en el vacío. Esa lentitud ayudó a que los remolinos de oscuridad pudieran «saltar» y superar la velocidad de la luz de forma aparente.
Vórtices que chocan
El fenómeno se vuelve aún más extraño cuando dos singularidades se acercan. Antes de anularse entre sí, pueden acelerar de forma extrema, hasta alcanzar velocidades medidas por encima de la velocidad de la luz.
Nature señala que este comportamiento rompe una comparación usada durante años. A menudo, estas singularidades se estudiaban como si se parecieran a partículas en un líquido, pero las partículas reales no pueden ignorar el límite de Einstein.
Ahí está la gracia científica del hallazgo. No solo confirma una idea que venía de estudios clásicos sobre ondas desde la década de 1970, también marca dónde deja de funcionar una metáfora útil.
Para qué sirve
Kaminer lo resumió con una frase clara en la nota oficial del Technion. «Nuestro descubrimiento revela leyes universales de la naturaleza». Después añadió que esas leyes aparecen en ondas sonoras, flujos de fluidos y sistemas complejos como los superconductores.
Al final del día, lo importante no es que «algo» haya derrotado a Einstein. Lo importante es que los físicos tienen una nueva forma de observar procesos ultrarrápidos en materiales, algo que podría servir para estudiar óptica de nanoestructuras, superconductividad y posibles métodos de codificación de información cuántica.
También hay una lección más cotidiana. A veces, la oscuridad dentro de la luz cuenta una historia mejor que la luz misma. Y esta vez, esa historia se movía demasiado rápido como para verla con herramientas normales.
El estudio principal ha sido publicado en Nature.
