En un descubrimiento que desafía a la óptica convencional, los científicos han conseguido que un rayo láser proyecte su propia sombra, una hazaña que antes se consideraba imposible, ya que la luz suele atravesar a otra luz sin interferencias.

Investigadores del Brookhaven National Laboratory, dirigidos por el físico Raphael A. Abrahao, lograron este notable efecto utilizando un proceso óptico no lineal con un cristal de rubí.

El equipo dirigió un láser verde de alta potencia a través de un cristal de rubí y lo iluminó perpendicularmente con un láser azul.

Una láser entre las sombras

Las sombras, que tradicionalmente se forman cuando un objeto bloquea la luz, son un fenómeno cotidiano. Son el resultado de la incapacidad de la luz para penetrar en objetos opacos, creando una región desprovista de iluminación. Sin embargo, el equipo de Abrahao ha demostrado que, en determinadas condiciones, la propia luz -en concreto, un rayo láser- puede bloquear otro rayo y formar una sombra visible.

Abrahao explica:

“Nuestra demostración de un efecto óptico muy poco intuitivo nos invita a reconsiderar nuestra noción de sombra”.

Para crear este efecto, el equipo dirigió un láser verde de alta potencia a través de un cristal de rubí y lo iluminó perpendicularmente con un láser azul. Cuando el láser verde interactuó con el rubí, alteró las propiedades ópticas del cristal, aumentando su absorción de la luz azul y proyectando una sombra visible con la forma del láser verde.

Esta sombra cumplía todos los criterios: era visible a simple vista, coincidía con los contornos del láser y se desplazaba con el movimiento del láser verde, de forma parecida a como se comporta una sombra tradicional.

Para el experimento, se dirigió un láser verde de alta potencia a través del cubo de rubí y se iluminó con un láser azul desde un lateral. El láser verde aumenta la absorción óptica del rayo láser azul de iluminación, creando una región coincidente en la luz de iluminación y creando una zona más oscura que aparece como una sombra del rayo láser verde. Crédito de imagen: R. A. Abrahao, H. P. N. Morin, J. T. R. Pagé, A. Safari, R. W. Boyd, J. S. Lundeen

Óptica no lineal y el papel del rubí

Este inesperado fenómeno se debe a una propiedad conocida como absorción óptica no lineal. Los materiales como el rubí presentan respuestas no lineales, lo que significa que su interacción con la luz cambia en función de la intensidad de ésta.

En este experimento, el rayo láser verde aumentó la tasa de absorción de la luz azul en el cristal de rubí. Como resultado, cuando la luz azul salió del rubí, produjo una región más oscura por donde había pasado el láser verde, proyectando de hecho una “sombra” del rayo verde.

Se eligió el rubí, un material muy conocido en óptica no lineal, por su capacidad para amplificar, absorber y modificar la luz en condiciones intensas. La interacción entre los átomos de rubí y la luz creó polaritones, cuasipartículas formadas por el acoplamiento de fotones y átomos.

Estos polaritones, que poseen algunas características de la luz pero tienen masa, permitieron al láser bloquear parte de la trayectoria del rayo azul, creando así la sombra.

Abrahao explica:

“Nuestra comprensión de las sombras ha evolucionado paralelamente a la de la luz y la óptica. Este nuevo hallazgo podría resultar útil en aplicaciones que requieren un control preciso de la luz, como la conmutación óptica, donde un haz de luz controla el comportamiento de otro, o en sistemas láser de alta potencia”.

Los investigadores han demostrado que, en ocasiones, un rayo láser puede actuar como un objeto sólido y proyectar una sombra visible a simple vista. En la imagen, la sombra aparece como la línea horizontal que atraviesa el fondo azul. Crédito de imagen: R. A. Abrahao, H. P. N. Morin, J. T. R. Pagé, A. Safari, R. W. Boyd, J. S. Lundeen

Aplicaciones potenciales

Los investigadores lograron un contraste de sombras de alrededor del 22%, comparable al de la sombra de un árbol en un día soleado. Esperan que este descubrimiento pueda permitir nuevas tecnologías para controlar la luz con la luz, abriendo puertas a técnicas avanzadas de fabricación, imagen e iluminación.

Los próximos pasos consisten en explorar otros materiales y longitudes de onda para encontrar nuevas formas de lograr efectos similares.

Esta investigación amplía los límites de la ciencia óptica y subraya el potencial de las interacciones luz-materia para dar rienda suelta a aplicaciones poco convencionales. Aunque en la actualidad se centra principalmente en la comprensión de este fenómeno, pueden surgir usos prácticos en campos que requieren un control sofisticado de la transmisión y la interacción de la luz.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Optica.

[FT: eurekalert]

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