Las sombras son una consecuencia natural de las paredes opacas en un Universo iluminado.
La luz brilla; los fotones viajan hasta chocar con un objeto a través del cual no pueden pasar; este bloqueo crea una sombra, un pedacito de oscuridad donde la luz ha sido impedida.
Sin embargo, los físicos acaban de descubrir algo muy peculiar. Un láser que pasa a través del material transparente adecuado puede hacer que su entorno se vuelva opaco, casi como si proyectara su propia sombra.
Cuando dos rayos de luz láser se cruzan de la manera correcta, el rayo primario no puede atravesar el secundario, lo que crea una línea sombreada en la luz que incide en la superficie opuesta.
“Nuestra demostración de un efecto óptico muy contrario a la intuición nos invita a reconsiderar nuestra noción de sombra”, dice el físico Raphael Abrahão del Laboratorio Nacional Brookhaven en Estados Unidos.
Excepto en circunstancias muy particulares, los fotones no interactúan entre sí, y las ondas que se cruzan pasan a través de ellos sin obstáculos.
Si cruzas dos haces, se atravesarán como si no hubiera nada allí, como hacer brillar el haz de una linterna a través de otro.
Abrahão y sus colegas pensaron en investigar si un rayo de luz puede proyectar una sombra casi como un proyecto paralelo. Habían estado estudiando cómo interactúan los haces de luz cuando se introducen materiales no lineales. Se trata de materiales cuyas interacciones con la luz no se escalan de forma lineal, lo que produce efectos como amplificación, absorción, autoenfoque y armónicos (o replicación de frecuencia).
Usaban software de modelado 3D para generar esquemas simples para sus experimentos. En este software, el haz de luz se representaba como un cilindro sólido que proyectaba una sombra, y los físicos lo encontraron bastante divertido… hasta que lo encontraron interesante.
“Lo que comenzó como una discusión divertida durante el almuerzo desembocó en una conversación sobre la física de los láseres y la respuesta óptica no lineal de los materiales”. abrahao dice. “A partir de ahí decidimos realizar un experimento para demostrar la sombra de un rayo láser”.
Ruby es un material popular para estudiar la óptica no lineal, por lo que los investigadores utilizaron uno como punto de encuentro para sus dos láseres, uno azul y otro verde.
La luz láser azul se dirigió a un lado del rubí, por donde pasó y arrojó un brillo frío sobre una pantalla, mientras que un haz estrecho de luz láser verde pasó perpendicular al primero desde el otro.
Dondequiera que la delgada línea de luz verde incidiera sobre las moléculas del rubí, se producía una compleja danza de electrones que subían y bajaban. Como consecuencia, la longitud de onda ligeramente más corta de la luz azul fue confusa por los electrones en transición, bloqueando su camino a través del material que de otro modo sería translúcido.
Por lo tanto, el rayo láser verde se comporta como un objeto, creando una línea oscura en la luz azul que cae sobre una pantalla al otro lado del rubí.
Esta línea oscura cumplía todos los criterios para ser clasificada como sombra. Era visible a simple vista; se ajustaba a los contornos de la pantalla sobre la que se proyectaba; y se movía con el rayo láser verde cuando se movía la fuente láser.
“Este descubrimiento amplía nuestra comprensión de las interacciones luz-materia y abre nuevas posibilidades para utilizar la luz en formas que no habíamos considerado antes”. abrahao dice.
“Nuestra comprensión de las sombras se ha desarrollado de la mano de nuestra comprensión de la luz y la óptica. Este nuevo hallazgo podría resultar útil en diversas aplicaciones, como la conmutación óptica, dispositivos en los que la luz controla la presencia de otra luz o tecnologías que requieren precisión. control de la transmisión de luz, como láseres de alta potencia”.
La investigación ha sido aceptada para su publicación en ópticay se puede encontrar en el sitio de prepublicación arXiv.