La física de la luz y el magnetismo reescrita después de casi dos siglos

En 1845, el físico Michael Faraday proporcionó la primera evidencia directa de que el electromagnetismo y la luz están relacionados. Ahora resulta que esta conexión es incluso más fuerte de lo que Faraday imaginaba.

En su experimento, Faraday iluminó un trozo de vidrio mezclado con ácido bórico y óxido de plomo y sumergido en un campo magnético. Descubrió que esto alteraba la luz: cuando emergía del cristal, su polarización se había reorientado.

La luz es una onda electromagnética, y durante los últimos 180 años se ha aceptado ampliamente que este “efecto Faraday” demuestra que la interacción combinada del campo magnético, las cargas eléctricas en el vidrio y el componente eléctrico de la luz da como resultado que la onda de luz gire, moviéndose en una dirección diferente a la que tenía antes de ingresar al material.

Quizás resulte sorprendente que desde hace tiempo se suponga que el componente magnético de la luz no desempeña ningún papel en el efecto Faraday. Amir Capua y Benjamin Assouline de la Universidad Hebrea de Jerusalén en Israel han demostrado ahora que este no es necesariamente siempre el caso.

“Hay una segunda parte de la luz que ahora entendemos que interactúa con los materiales”, dice Capua.

Capua dice que hay dos razones por las que los investigadores no siguieron la idea de que el componente magnético de la luz desempeña un papel en el efecto Faraday. En primer lugar, las fuerzas magnéticas dentro de materiales como el vidrio de Faraday parecen ser relativamente débiles en comparación con las fuerzas eléctricas. En segundo lugar, cuando materiales como el vidrio de Faraday están magnetizados (lo que significa que los espines cuánticos de sus partes constituyentes interactúan con cualquier campo magnético como lo harían los pequeños imanes), estos espines normalmente no están sincronizados con el componente magnético de las ondas de luz, lo que sugiere que los dos no interactúan fuertemente.

Pero Capua y Assouline se dieron cuenta de que cuando el componente magnético de la luz está polarizado circularmente (esencialmente en forma de remolino o sacacorchos) puede interactuar con los espines magnéticos del vidrio de manera mucho más intensa. Concluyeron que esto ocurre incluso sin ningún esfuerzo especial para manipular la luz, porque su componente magnético siempre está formado por varias ondas en forma de sacacorchos.

Los cálculos de los dos investigadores revelaron que si el experimento de Faraday se repite con un material magnético llamado Terbium Gallium Garnet (TGG) en lugar de vidrio, esta interacción magnética podría representar el 17 por ciento del efecto Faraday resultante cuando la luz visible pasa a través del material. Si en cambio la luz infrarroja pasa a través del material TGG, la interacción magnética representaría hasta el 70 por ciento del efecto Faraday resultante.

Igor Rozhansky, de la Universidad de Manchester, Reino Unido, afirma que los nuevos cálculos son convincentes y apuntan hacia pruebas experimentales plausibles en el futuro. El componente magnético del efecto Faraday, hasta ahora ignorado, podría proporcionar una nueva forma para que los investigadores manipulen los espines dentro de los materiales, dice Rozhansky. Añade que sigue siendo una cuestión abierta si este efecto podría ser realmente más fuerte que el tradicional efecto Faraday en algunos materiales.

Los experimentos futuros llevarán los nuevos hallazgos desde la física fundamental a sus aplicaciones, y Capua dice que ya puede imaginar cómo el descubrimiento de que los espines magnéticos en algunos materiales pueden interactuar con el componente magnético de la luz podría usarse para manipularlos. Con el tiempo, esto podría allanar el camino para nuevos tipos de sensores y discos duros basados ​​en el giro.

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