Logran mayor nivel de transmisión en superluminalidad

"El empuje por curvatura queda todavía fuera del alcance de las naves espaciales, pero dos nuevos experimentos han llevado a un pulso de luz más allá del límite de velocidad de 300.000 kilómetros por segundo establecidos en la teoría de Einstein de la relatividad especial". Science Now, que también se hace eco de esta investigación, comenzaba así su artículo sobre los últimos avances en superluminalidad. En él explica y compara sendos trabajos realizados por el grupo de la UPNA “Comunicaciones, Señales y Microondas”, encabezado por el catedrático Mario Sorolla, y un grupo de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, China.

Un pulso es una onda electromagnética de corta duración. Los investigadores han diseñado un prototipo especial, un medio superluminar a través del cual emiten el pulso. Se trata de una estructura metálica en forma de sándwich, perforada periódicamente y con láminas dieléctricas (que no conducen electricidad) a ambos lados. “La principal ventaja de nuestro diseño —indica Miguel Navarro— es su simplicidad y su escalabilidad a cualquier rango de frecuencias, desde ondas de radiofrecuencia hasta el visible e, incluso, más allá, hasta el ultravioleta”.

Este trabajo, al igual que el de la universidad china, no viola la teoría de la relatividad descrita por Einstein, según la cual la información no puede viajar más rápido que la luz. Para comprender cómo se propaga un pulso, debemos imaginar esa onda electromagnética como si fuera una ola que va avanzando, de modo que tendríamos el pico del pulso (la cresta de la ola) y también una parte anterior y posterior al pulso (el agua que permanece por detrás y por delante de la ola).

Así lo explica el investigador Miguel Navarro: “La superluminalidad se observa con respecto al pico del pulso, y no con su parte delantera, lo que representa la verdadera causalidad de la teoría de la relatividad. Cuando emitimos un pulso sobre un material normal, al propagarse, el pico del pulso permanece en el mismo lugar; sin embargo, cuando el pulso se emite a través del prototipo diseñado, este material hace que el pico del pulso se produzca más adelante y puede parecer que viaja tan rápido que aparece en su destino antes incluso de que el pulso haya iniciado su recorrido de entrada en el prototipo”

Aunque puede parecer que el pulso viaja a mayor velocidad que la luz, no es así: “Cualquier sistema que explote este fenómeno no será capaz de producir su efecto hasta que el pulso que lleva la señal haya comenzado su viaje. Por tanto, seguirá existiendo el límite fundamental de la velocidad de la luz que no podremos rebasar. Ahora bien, los nuevos sistemas que surjan podrán aprovechar este fenómeno para acercarse más a este límite teórico”.

Colaboración exitosa

La colaboración del grupo de Mario Sorolla con Vitaliy Lomakin se remonta a 2006 y ha estado marcada por dos grandes hitos en el campo de los metamateriales y de la transmisión extraordinaria: la transmisión de energía a través de láminas metálicas perforadas con agujeros tan pequeños que, según las teorías clásicas, no permitirían el paso eficiente de energía.

En concreto, su primer trabajo en común, publicado en Optics Express en 2007, demostró la posibilidad de miniaturizar estructuras con transmisión extraordinaria y de utilizar éstas para obtener un medio metamaterial con índice de refracción negativo y bajas pérdidas, paso fundamental para tener una lente perfecta y la soñada capa de invisibilidad. Este segundo trabajo, ahora publicado, marca un récord de alta transmisión en una estructura superluminar, lo cual abre las puertas a aplicaciones reales sin tener que depender de amplificación.

“El éxito de esta colaboración radica en la complementariedad de ambos grupos: mientras nuestro grupo se caracteriza por un fuerte perfil experimental, Vitaliy Lomakin es un reconocido teórico. Y además, ambos tenemos una pasión especial por estructuras periódicas con transmisión extraordinaria, lo que hace tener un mismo interés y objetivo”, comenta Mario Sorolla.

Hasta la fecha, el grupo de Mario Sorolla ha publicado en el campo de la transmisión extraordinaria (que es uno de los aspectos principales del trabajo de superluminalidad) 1 capítulo de libro, 45 artículos en revistas internacionales y más de 100 comunicaciones en congresos internacionales. Asimismo, el trabajo del grupo en este campo ha dado lugar a las tesis de Miguel Beruete (2006) y Miguel Navarro (2010), esta última galardonada en 2011 por el Colegio Oficial y Asociación Española de Ingenieros de Telecomunicación con el premio a la Mejor Tesis Doctoral en “Fundamentos y tecnologías básicas de la información y las comunicaciones, y sus aplicaciones”.