Descubierta una nueva propiedad de la luz

Un equipo de investigadores liderado por cient¨ªficos espa?oles ha observado una nueva propiedad de la luz que en el futuro podr¨ªa tener aplicaciones en el estudio y manipulaci¨®n de los entes m¨¢s peque?os de la naturaleza como ¨¢tomos, prote¨ªnas, mol¨¦culas y virus.

El hallazgo suma una nueva cualidad de la luz que puede medirse y controlarse. El l¨¢ser es una variante de luz amplificada y focalizada que tiene un enorme inter¨¦s cient¨ªfico y m¨¦dico debido a que se puede controlar su direcci¨®n, intensidad y longitud de onda. El nuevo descubrimiento se centra en la capacidad de acelerar o frenar la velocidad de rotaci¨®n de un haz de luz, algo que los autores del descubrimiento denominan "auto torque", una palabra prestada del ingl¨¦s.

¡°Es una nueva propiedad que hasta ahora no se hab¨ªa observado¡±, explica Laura Rego, f¨ªsica ¨®ptica de la Universidad de Salamanca y primera autora del estudio, publicado en la prestigiosa revista Science y destacado en su portada.

Rego compara su descubrimiento con un conductor que mueve sus dos manos en diferentes sentidos para girar el volante. ¡°Nosotros hemos predicho te¨®ricamente y observado de forma experimental que lo mismo es posible con haces de luz. Podemos cambiar la velocidad de rotaci¨®n, es decir, cambiar el momento angular de la luz, algo que hasta ahora no se hab¨ªa hecho¡±, explica esta f¨ªsica ¨®ptica de 25 a?os. Se trata de una propiedad natural de la luz. El haz, una vez creado en las condiciones adecuadas, tiene la capacidad de acelerar o frenar su rotaci¨®n por s¨ª solo.

Hace 30 a?os se desarrollaron haces de luz l¨¢ser que se desplazan rotando en torno a un punto, una especie de tornado lum¨ªnico. Al igual que un torbellino, estos haces pueden atrapar mol¨¦culas y part¨ªculas con un tama?o de milmillon¨¦simas partes de un metro y hacerlas girar, lo que permite observarlas en tres dimensiones. El a?o pasado, el estadounidense Arthur Ashkin gan¨® el Nobel de F¨ªsica por el desarrollo de estas ¡°herramientas de luz¡± y su aplicaci¨®n al mundo de la biolog¨ªa. Este tipo de luz tambi¨¦n sirve para almacenar y transmitir informaci¨®n y para el entrelazamiento cu¨¢ntico de part¨ªculas.

Hasta ahora solo se han podido crear torbellinos de luz con una velocidad de rotaci¨®n constante. Rego, junto a su compa?ero Carlos Hern¨¢ndez-Garc¨ªa y su jefe de grupo, Luis Plaja, todos de la Universidad de Salamanca, realizaron los c¨¢lculos te¨®ricos que demostraban que esa velocidad puede ser variable. Con esos c¨¢lculos en la mano contactaron con cient¨ªficos de JILA, uno de los principales centros de investigaci¨®n en f¨ªsica y fot¨®nica de EE UU, situado en la Universidad de Colorado (EE UU). All¨ª existen las instalaciones necesarias para desarrollar este tipo de haces de luz, un equipamiento con un coste de unos dos millones de euros, explica Hern¨¢ndez-Garc¨ªa. ¡°Primero se crean haces de luz l¨¢ser infrarroja focalizada intensamente sobre una nube de gas. Al cruzarla, los pulsos de l¨¢ser se transforman en haces con forma de v¨®rtice con una longitud de onda cercana a la de los rayos X y cuya velocidad es variable a lo largo del tiempo¡±, explica.

¡°Por ahora este hallazgo no tiene unas aplicaciones directas para mejorar los m¨®viles o el almacenamiento de memoria, pero s¨ª es una herramienta buena para estudiar la din¨¢mica electr¨®nica en tiempos muy cortos que van desde una milbillon¨¦sima de segundo a una trillon¨¦sima de segundo. Son los tiempos m¨¢s cortos en los que se puede hacer ciencia con luz. Esto nos da un nuevo grado de libertad, pues incluimos poder controlar el factor tiempo¡±, resalta.

¡°Es un descubrimiento f¨ªsico fundamental¡±, opina el biof¨ªsico Ricardo Arias Gonz¨¢lez, introductor en Espa?a de las pinzas ¨®pticas con aplicaciones biol¨®gicas. ¡°Es algo que se esperaba y ellos lo demuestran y dan la receta para conseguirlo¡±, resalta.

Es relativamente habitual que los f¨ªsicos que trabajan en este campo no sepan predecir las aplicaciones de sus hallazgos. ¡°Atkins descubri¨® que se pod¨ªa hacer atrapamiento cu¨¢ntico de ¨¢tomos, pero hasta que no se aplic¨® a c¨¦lulas y virus, muchos a?os despu¨¦s, su descubrimiento permaneci¨® casi oculto. Ahora es la t¨¦cnica estrella para manipular nanopart¨ªculas biol¨®gicas y se est¨¢ investigando con part¨ªculas magn¨¦ticas controladas con luz para que generen calor y destruyan tumores o que liberen f¨¢rmacos. Hay todo un campo por explotar, pero requiere mucho tiempo de investigaci¨®n¡±, resalta.

¡°Este trabajo tiene implicaciones muy diversas¡±, dice Juan Jos¨¦ Garc¨ªa-Ripoll, del Instituto de F¨ªsica Fundamental (CSIC). ¡°La luz puede ejercer fuerzas sobre part¨ªculas ligeras, como ¨¢tomos y mol¨¦culas. En este caso la part¨ªcula ser¨ªa muy sensible a la estructura del tornado o torbellino de luz que han construido. Tambi¨¦n ocurre que las mol¨¦culas y ¨¢tomos se pueden excitar por la acci¨®n de estos pulsos de luz. El momento angular, como se argumenta en el art¨ªculo, puede servir para excitar determinadas transiciones y no otras¡±, destaca.