Aunque parezca imposible, un láser rompió el récord de velocidad de la luz. Una de las leyes más sagradas de la física es que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el vacío. Pero este límite de velocidad se ha roto en un experimento en el que un pulso láser viaja a más de 300 veces la velocidad de la luz.
El proceso no rompe las teorías de Einstein
La relatividad impide que cualquier objeto con masa viaje a la velocidad de la luz, y el principio de causalidad (la noción de que la causa viene antes del efecto) se utiliza para descartar la posibilidad de que la luz misma viaje a velocidades superlumínicas (más rápidas que la luz). Sin embargo, un pulso de luz puede tener más de una velocidad porque está compuesto de luz de diferentes longitudes de onda.
Las ondas individuales viajan a su propia velocidad de fase, mientras que el pulso en sí viaja con la velocidad de grupo. En el vacío, todas las velocidades de fase y la velocidad de grupo son las mismas. No obstante, en un medio dispersivo, son diferentes porque el índice de refracción es una función de la longitud de onda, lo que significa que las diferentes longitudes de onda viajan a diferentes velocidades.
Un experimento que desafía las leyes de la física
El experimento hecho por Lijun Wang y colegas del Instituto de Investigación NEC en Princeton, Estados Unidos, informa de evidencia de una velocidad de grupo negativa de -310 c, donde c (=300 millones de metros por segundo) es la velocidad de la luz en el vacío.
Se basa en el uso de dos láseres y un campo magnético para preparar un gas de átomos de cesio en un estado excitado. Este estado muestra una fuerte amplificación o ganancia en dos longitudes de onda y una dispersión altamente anómala (es decir, el índice de refracción cambia rápidamente con la longitud de onda) en la región entre estos dos picos.
Wang y sus colegas comienzan utilizando un tercer láser de onda continua para confirmar que hay dos picos en el espectro de ganancia y que el índice de refracción cambia rápidamente con la longitud de onda intermedia. A continuación, envían un pulso láser de 3,7 microsegundos de duración a la célula de cesio, que tiene 6 centímetros de longitud, y demuestran que, con la longitud de onda correcta, emerge de la célula 62 nanosegundos antes de lo que se esperaría si hubiera viajado a la velocidad de la luz. 62 nanosegundos puede que no parezca mucho, pero como el pulso solo debería tardar 0,2 nanosegundos en atravesar la célula, esto significa que el pulso ha estado viajando a 310 veces la velocidad de la luz.
Velocidad a la que se transmite la información mediante pulsos
Además, a diferencia de los experimentos superlumínicos anteriores, las formas de los pulsos de entrada y salida son esencialmente las mismas. No existe un consenso generalizado entre los físicos sobre la velocidad a la que se transmite la información mediante pulsos en tales experimentos.
Según sus autores: “Nuestro experimento no está en contradicción con la relatividad especial de Einstein, pero sí demuestra que la idea errónea generalizada de que nada puede moverse más rápido que la velocidad de la luz es errónea. La afirmación solo se aplica a objetos con una masa en reposo. La luz puede considerarse como ondas y no tiene masa. Por lo tanto, no está limitada por su velocidad en el vacío”.
Una definición es que se trata de la velocidad a la que se desplaza el punto de la mitad de la intensidad máxima en el borde delantero del pulso, pero esta velocidad es superlumínica en el experimento de Princeton. El equipo pretende analizar esto más a fondo, incluidos los casos en los que el pulso contiene solo unos pocos fotones.