Un equipo científico de la Universidad de Almería (UAL) y del Instituto Tecnológico de California (Caltech) ha descubierto un nuevo fenómeno en el comportamiento de la luz que podría permitir mediciones mucho más precisas en ciencia y tecnología, con posibles aplicaciones en sistemas como el GPS o la generación de modelos tridimensionales del entorno.
Imagen del satélite Galileo. Foto: Agencia Espacial Española.
El hallazgo consiste en la detección de solitones topológicos en cavidades fotónicas a escala nanométrica, un tipo de comportamiento de la luz que hasta ahora no había sido observado en estas condiciones. El estudio ha sido publicado en la revista científica Nature.
Un nuevo modo de controlar la luz a escala nanométrica
La investigación abre la puerta a una nueva forma de entender y controlar la luz en sistemas extremadamente pequeños, lo que se conoce como nanofotónica.
En este contexto, los científicos han identificado estructuras de luz muy estables, llamadas solitones, que pueden propagarse sin perder su forma y que, en este caso, presentan propiedades “topológicas”, lo que significa que mantienen su estabilidad incluso ante cambios en el sistema. Este comportamiento podría utilizarse como base para crear sistemas de medición mucho más precisos que los actuales.
Qué es un solitón y por qué es importante este descubrimiento
El investigador de la Universidad de Almería, Pedro Parra-Rivas, explica que un solitón es “una onda solitaria que se puede propagar a través de un medio sin modificar su forma y propiedades”. Un ejemplo conceptual de este tipo de fenómeno, a gran escala, serían ondas como los tsunamis, que pueden desplazarse grandes distancias manteniendo su estructura.
En sistemas ópticos, estos fenómenos aparecen cuando la interacción entre la luz y el material genera comportamientos no lineales, es decir, cuando pequeñas variaciones pueden producir efectos complejos y no proporcionales.
Un hallazgo con aplicaciones en medición ultra precisa
El principal interés del descubrimiento está en su posible uso en metrología, la ciencia que se encarga de medir con la máxima precisión posible. Según los investigadores, estos nuevos sistemas ópticos podrían utilizarse como “reglas de luz” capaces de medir tiempo y frecuencia con una precisión muy superior a la actual.
Entre las aplicaciones potenciales se incluyen mejoras en sistemas de posicionamiento GPS, tecnologías LIDAR utilizadas para escanear el entorno y generar mapas tridimensionales, y avances en espectroscopia científica.
Un fenómeno basado en principios universales de la física
Una de las claves del descubrimiento es que estos solitones no dependen de un material concreto, sino de principios generales de la física, como las simetrías del sistema.
Esto significa que el mismo fenómeno podría aparecer en distintos contextos científicos, desde la física hasta la química o la biología, lo que amplía su relevancia más allá de la fotónica.
De los primeros solitones a la nanofotónica avanzada
El estudio de los solitones ópticos comenzó en la década de 1980 en fibras ópticas y más tarde en microresonadores.
Sin embargo, hasta ahora no se había demostrado la existencia de solitones con propiedades topológicas en estructuras nanométricas, lo que supone un avance significativo en el control de la luz a escalas extremadamente pequeñas.
“Reglas de luz” para medir con mayor precisión
El equipo ha demostrado que estos solitones pueden comportarse como herramientas de medición extremadamente estables.
El investigador Pedro Parra-Rivas señala que estos sistemas podrían funcionar como “reglas ópticas” capaces de medir intervalos de tiempo y frecuencia con una precisión muy elevada.