La velocidad de la luz podría no ser tan constante después de todo. Un equipo de científicos escoceses encontró una manera de reducir la velocidad de la luz, incluso en el vacío, cambiando su forma, por lo que la luz no siempre viaja a la velocidad de la luz.

Ya es sabido que la luz puede reducir su velocidad en el mundo real, por ejemplo, si pasa a través de un vaso de agua. Sin embargo la velocidad de la luz se ha planteado como una constante cuando viaja a través del vacío, donde se cree que no existen otras fuerzas o partículas que actúen sobre ella.

Investigadores de la Universidad de Glasgow y la Universidad Heriot-Watt  liderados por el físico óptico Miles Padgett han proporcionado la primera evidencia real de que la velocidad de la luz no es siempre constante. Dispararon dos fotones de un extremo al otro de un espacio en vacío. Estos fotones eran idénticos excepto por su estructura, ya que uno de ellos fue enviado a través de un dispositivo que varió su estructura. La luz estructurada o reconfigurada llegó consistentemente un poco más tarde en comparación con la del fotón inalterado.

Velocidad de la luz no constante

El equipo publicó sus resultados en la edición online de la revista Science Express, aunque previamente ya se había hecho público en arXiv.org. Los hallazgos indican que la velocidad de la luz medida a 299.792.458 metros por segundo y una de las constantes más importantes de la física, – no es una constante invariable, tal como los científicos han creído. Se trata más bien de una especie de techo o límite superior de la velocidad a la que la luz puede viajar, según un artículo publicado en Science News que discute la investigación antes de que fuera aceptada y publicada oficialmente.

La velocidad de la luz en el vacío, denotada c (constante), es una base fundamental de gran parte de la física, en particular de la teoría de la relatividad de Einstein. A pesar de que la medición de c fue una vez considerada un problema experimental importante, ahora se acepta simplemente que es 299.792.458 metros por segundo, al estar el propio metro definido en términos de velocidad de la luz en el vacío (un metro es la distancia que recorre la luz en el vacío en un intervalo de 1/299 792 458 de segundo). En general, si la luz no viaja a c es porque se está moviendo a través de un material. Por ejemplo, la luz se ralentiza al pasar por el vidrio o el agua.

Padgett y su equipo se preguntaban si había factores fundamentales que podrían cambiar la velocidad de la luz en el vacío. Estudios previos habían sugerido que la estructura de la luz podría tener influencia en este cambio. Los libros de texto de la física idealizan la luz como ondas planas, en las que los frentes de cada onda se mueven en paralelo, al igual que las olas del mar se acercan a una línea de costa recta. Pero mientras que la luz por lo general se puede considerar como ondas planas, su estructura es en realidad más complicada. Por ejemplo, la luz puede converger en un punto después de pasar a través de una lente. Los láseres pueden dar forma a la luz en haces concentrados e incluso en forma de ojo de buey.

Carrera de fotones

Los investigadores produjeron pares de fotones y como en una carrera, los liberaron en parejas a lo largo de distancias idénticas pero por diferentes caminos hacia una línea de meta concreta constituida por un detector. Uno de los fotones se disparó directamente a través de una fibra. El otro fotón pasó por un par de dispositivos que manipularon la estructura de la luz aplicándoles una «máscara” y luego los cambió de nuevo. Si la estructura no hubiese tenido importancia, los dos fotones habrían llegado al mismo tiempo. Pero eso no sucedió. Las mediciones revelaron que la luz estructurada llegó consistentemente varios micrómetros más tarde por metro de distancia recorrida, con un retraso correspondiente a 20 longitudes de onda, muy por encima del margen de error de la medición. Es decir, que viajaba más despacio a través del espacio vacío, aunque el hallazgo más destacable es que esta «ralentización» nada tiene que ver con la que se produce cuando un fotón atraviesa el agua o un cristal al durar la desaceleración en esos casos solo el tiempo que el fotón tarda en atravesar el material para volver después a su valor normal. Sin embargo el efecto provocado por la máscara usada por los investigadores parece poner un límite a la velocidad máxima a la que los fotones pueden viajar.

Como un pelotón de ciclistas

En su trabajo los científicos  comparan un haz de luz, con muchos fotones contenidos en el, a un equipo de ciclistas que se reparten el esfuerzo y que van colocándose a la cabeza del pelotón por turnos. Aunque el grupo rueda como si fuera una unidad, la velocidad de cada ciclista individual puede variar cuando éste cambia de posición en el pelotón. La propia formación en grupo puede hacer que definir la velocidad de cada ciclista concreto sea difícil, y eso es precisamente lo que sucede con los haces de luz. Un único pulso de luz contiene un gran número de fotones, y los investigadores saben que esos pulsos se caracterizan por un cierto número de velocidades diferentes.

Aunque el efecto no es reconocible en la vida cotidiana ni en la mayoría de las aplicaciones tecnológicas y descubrimientos, ni va a cambiar la forma en los físicos ven el aura que emana de una lámpara o linterna, la nueva investigación pone de relieve una sutileza fundamental y poco apreciada anteriormente en el comportamiento de la luz. Las correcciones de velocidad podrían ser importantes para los físicos que estudian los pulsos de luz extremadamente cortos.

En este articulo de BBC se puede ver un video sobre el trabajo de los científicos.