Crean en laboratorio el primer agujero negro para la luz

Se ha construido por primera vez un agujero “negro electromagnético” que absorbe radiación de su entorno.

El dispositivo, que funciona en este momento en frecuencias de microondas, se podrá extender pronto para atrapar la luz visible, dando lugar a una forma totalmente nueva de colectar energía solar para generar electricidad.

En un artículo publicado a principios de este año por Evgenii Narimanov y Alexander Kildishev de la Universidad de Purdue en West Lafayette, Indiana, se proponía un diseño teórico de un agujero negro “de escritorio” para atrapar la luz.

Su idea era imitar las propiedades de un agujero negro cosmológico, cuya intensa gravedad curva el espacio-tiempo circundante, causando que cualquier materia o radiación que se le acerque sea atrapada por el espacio-tiempo curvado y caiga hacia el interior en espiral.

Narimanov y Kildishev razonaron que debería ser posible construir un dispositivo que curve la luz hacia su interior de una manera similar. Calcularon que se podría hacer mediante una estructura cilíndrica con un núcleo central rodeado de una cáscara de anillos concéntricos.

Sin escapatoria

La clave para curvar la luz hacia el interior es hacer que la permeabilidad de la cáscara —que afecta al componente eléctrico de una onda electromagnética— vaya aumentando suavemente desde el exterior hacia la superficie interna. Esto es análogo a la curvatura del espacio-tiempo cerca de un agujero negro. En el punto donde la cubierta se junta con el núcleo, la permeabilidad del anillo debe coincidir con la del núcleo, por lo que la luz es absorbida y no se refleja.

Ahora Tie Jun Cui y Qiang Cheng, de la Universidad del Sudeste en Nanjing, China, han llevado la teoría de Narimanov y Kildishev a la práctica, construyendo un “agujero negro” para las frecuencias de microondas. Está compuesto de 60 tiras anulares de los llamados “meta-materiales”, que se han utilizado previamente para hacer capas de invisibilidad.

Cada franja tiene la forma de una placa de circuito grabada con complejas estructuras, cuyas características cambian progresivamente a partir de una tira a la siguiente, de modo que la permeabilidad varía poco a poco. Las 40 bandas exteriores componen la cáscara, y la parte interior, de 20 bandas, conforma el área absorbente.

“Cuando la onda electromagnética incide en el dispositivo, la onda es atrapado y guiada en la región de la cubierta hacia el centro del agujero negro, y después es absorbida por el núcleo”, dijo Cui. “La onda no saldrá del agujero negro”. En su dispositivo, el núcleo convierte la luz absorbida en calor.

Un trabajo rápido

Narimanov está impresionado por la implementación de su diseño realizada por Cui y Cheng. “Me sorprende que lo hayan hecho tan rápidamente”, dice.

La fabricación de un dispositivo que capte longitudes de onda ópticas de la misma manera no será fácil, ya que la luz visible tiene una longitud de onda de algunos órdenes de magnitud más pequeña que la radiación de microondas. Esto requerirá que las estructuras grabadas sean proporcionalmente menores.

Cui confía en que podrá hacerlo. “Espero que nuestra demostración del agujero negro óptico esté disponible a finales de 2009″, dice.

Un dispositivo así se podría utilizar para captar energía solar en lugares donde la luz es demasiado difusa para poner espejos concentradores sobre una célula solar. Un agujero negro óptico absorbe todo y lo dirige a una célula solar ubicada en el centro. “Si esto funciona, ya no se necesitan esos enormes espejos parabólicos para captar la luz”, dice Narimanov.

Referencia de publicación: Applied Physics Letters (vol 95, p041106) , and “An electromagnetic black hole made of metamaterials” by Tie Jun Cui and Qiang Cheng’s (preprint archive)

Fuente: New Scientist.

Vía Axxón