Los científicos descubren deformaciones ocultas en campos de luz complejos

Cuando miramos un espejo plano, esperamos ver un reflejo claro y sin distorsión alguna.

Pero investigadores de la Universidad de Tampere descubrieron que cuando la luz tiene una estructura compleja, pueden ocurrir pequeñas deformaciones, incluso cuando se refleja desde una superficie perfectamente plana.

Estos cambios sutiles en el campo luminoso revelan información importante sobre el material del objeto en el que se refleja la luz.

Este descubrimiento, realizado por el Grupo Experimental de Óptica Cuántica (EQO), confirma una predicción realizada hace más de diez años por investigadores del Reino Unido.

El trabajo del equipo fue publicado en Comunicaciones de la naturalezaen un artículo titulado «Observación de las aberraciones topológicas de la luz torcida».

La luz se comporta como una onda, un concepto que los científicos han comprendido desde hace más de un siglo. Sin embargo, todavía se están realizando nuevos descubrimientos sobre el comportamiento de las ondas luminosas.

En la Universidad de Tampere, el equipo de EQO estudia la estructura o forma de los rayos de luz. La forma de la luz se ha convertido en un tema importante en la óptica moderna, con aplicaciones en física cuántica, comunicaciones ópticas y ciencias de la información.

En su último experimento, los investigadores demostraron que cuando la luz con una estructura compleja se refleja en una superficie plana como un espejo, su forma se distorsiona ligeramente.

Si bien estas deformaciones son muy pequeñas, contienen información valiosa sobre la superficie desde la que se refleja la luz, como las propiedades materiales del objeto.

Este efecto, conocido como «aberración topológica», se predijo por primera vez hace más de diez años, pero esta es la primera vez que se observa en un laboratorio.

«Aunque la idea de detectar esta deformación parece simple, tomó más de un año de experimentación y ajuste de la teoría original para separar este efecto específico de otras distorsiones de la luz natural», dijo el profesor asociado Robert Fickler, líder del equipo EQO.

Vórtice retorcido de luz y oscuridad

Una de las razones del creciente interés por la estructura de la luz es el descubrimiento de ondas luminosas retorcidas. Estas ondas no sólo viajan a la velocidad de la luz sino que también giran a medida que se mueven. Lo que es particularmente fascinante es que los campos de luz retorcidos tienen puntos de completa oscuridad, llamados «vórtices ópticos». Estas manchas oscuras son como remolinos en el agua pero sin luz en el centro.

El equipo, dirigido por el investigador postdoctoral de la Academia Rafael Barros, observó cómo estos vórtices oscuros se mueven cuando el haz de luz retorcido interactúa con un objeto plano. Al estudiar los movimientos de estos vórtices, los investigadores descubrieron cómo las propiedades del objeto afectan el comportamiento de la luz.

El movimiento de estos vórtices ópticos puede ser bastante complicado, pero los investigadores descubrieron que el movimiento colectivo de los vórtices está influenciado por las propiedades materiales del objeto de forma predecible.

Este descubrimiento podría conducir a nuevos métodos para medir las propiedades de los materiales utilizando ondas de luz estructuradas, abriendo interesantes posibilidades para futuras tecnologías ópticas.