En un hallazgo que desafía la óptica convencional, los científicos han logrado que un rayo láser proyecte su propia sombra, algo que antes se consideraba imposible, ya que la luz normalmente atraviesa otra luz sin interferencias.

Investigadores del Brookhaven National Laboratory, liderados por el físico Raphael A. Abrahao, consiguieron este efecto notable 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 normalmente se forman cuando un objeto bloquea la luz, son un fenómeno común. Se producen porque la luz no puede atravesar objetos opacos, creando una zona sin iluminación. Sin embargo, el equipo de Abrahao ha demostrado que, bajo ciertas condiciones, la luz misma, específicamente un rayo láser, puede bloquear otro rayo y formar una sombra visible.

Abrahao comenta:

“Nuestra demostración de este efecto óptico tan poco intuitivo nos lleva a reconsiderar nuestra comprensión de las sombras”.

Para lograr 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. La interacción del láser verde con el rubí modificó las propiedades ópticas del cristal, incrementando 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 movía con el láser verde, similar a una sombra tradicional.

En el experimento, se utilizó un láser verde de alta potencia que atravesó un cubo de rubí, mientras que un láser azul iluminaba desde un lado. El láser verde incrementó la absorción óptica del láser azul, creando una región coincidente en la luz de iluminación y generando una zona más oscura que se percibe como una sombra del láser verde. Crédito de la 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 fenómeno sorprendente se debe a una propiedad conocida como absorción óptica no lineal. Materiales como el rubí muestran respuestas no lineales, lo que significa que su interacción con la luz varía según la intensidad de esta.

En el experimento, el rayo láser verde incrementó la tasa de absorción de la luz azul en el cristal de rubí. Como resultado, cuando la luz azul emergió del rubí, creó una región más oscura en el área donde había pasado el láser verde, proyectando así una “sombra” del rayo verde.

El rubí fue elegido por su reputación en óptica no lineal, debido a su capacidad para amplificar, absorber y modificar la luz bajo condiciones intensas. La interacción entre los átomos de rubí y la luz generó polaritones, cuasipartículas que resultan del acoplamiento entre fotones y átomos.

Estos polaritones, que tienen algunas propiedades de la luz pero también masa, permitieron al láser bloquear parte del camino del rayo azul, creando la sombra.

Abrahao comenta:

“Nuestra comprensión de las sombras ha evolucionado junto con la de la luz y la óptica. Este descubrimiento podría ser 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 científicos han descubierto que, en ciertas condiciones, un rayo láser puede comportarse como un objeto sólido y proyectar una sombra visible a simple vista. En la imagen proporcionada, la sombra se manifiesta como una línea horizontal que cruza el fondo azul. Crédito de la imagen: R. A. Abrahao, H. P. N. Morin, J. T. R. Pagé, A. Safari, R. W. Boyd, J. S. Lundeen

Aplicaciones potenciales

Los científicos han conseguido un contraste de sombras cercano al 22%, similar al que se observa bajo un árbol en un día soleado. Este avance podría abrir la puerta a nuevas tecnologías que permitan controlar la luz mediante la luz misma, facilitando el desarrollo de técnicas avanzadas en fabricación, imagen e iluminación.

El siguiente paso en esta investigación es examinar otros materiales y longitudes de onda para descubrir nuevas maneras de lograr efectos parecidos.

Este estudio empuja los límites de la ciencia óptica y destaca el potencial de las interacciones entre la luz y la materia para aplicaciones innovadoras. Aunque actualmente se centra en comprender este fenómeno, en el futuro podrían surgir aplicaciones prácticas en áreas que requieren un control avanzado de la transmisión y la interacción de la luz.

Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Optica.

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