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Recrean la evaporación de un agujero negro en un laboratorio usando fibras ópticas
Una colaboración entre el Cinvestav de México y el Instituto Weizmann de Israel logró simular la radiación de Hawking y medir por primera vez la "retroacción" de luz. La teoría, desarrollada por físicos mexicanos, fue publicada en la revista Nature.
Recreación en el laboratorio.
En los años 70, el célebre físico Stephen Hawking revolucionó la cosmología al formular una hipótesis audaz: los agujeros negros no son completamente negros. Debido a efectos cuánticos en su frontera u "horizonte de eventos", estos gigantes cósmicos deberían emitir radiación térmica y perder masa gradualmente hasta desaparecer en un proceso conocido como evaporación.
Durante medio siglo, comprobar el mecanismo microscópico de este fenómeno a nivel astrofísico parecía imposible. Sin embargo, un equipo de físicos mexicanos del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), en colaboración con el Instituto Weizmann de Ciencias de Israel, logró replicar este comportamiento en la Tierra utilizando un "agujero negro de luz".
¿Cómo se crea un "agujero negro de luz"?
En un agujero negro astrofísico, nada —ni siquiera la luz— puede escapar a la fuerza de gravedad una vez que cruza el horizonte de eventos. En el laboratorio, los físicos replicaron este concepto utilizando un análogo óptico.
Mediante el uso de fibras de cristal fotónico, los científicos hicieron viajar un pulso de luz de alta intensidad. Este pulso altera las propiedades ópticas del material a su paso, creando una barrera o "frontera" donde otros pulsos de luz más débiles no pueden avanzar ni sobrepasarlo. Para la luz que viaja en la fibra, ese pulso actúa exactamente igual que el horizonte de eventos de un agujero negro real.
La matemática mexicana que predijo el experimento
El gran avance del estudio —publicado en la revista Nature bajo el título Backreaction of stimulated Hawking radiation in an optical analogue— reside en la descripción teórica realizada por los científicos del Cinvestav: David Bermúdez Rosales, Raúl Agüero Santacruz y Lorenzo Manuel Procopio."Lo que desarrollamos fue una formulación matemática a fin de saber el origen de la radiación de Hawking en el análogo óptico, que después se pudo corroborar en el laboratorio", explica el doctor David Bermúdez Rosales.
Anteriormente se creía que la radiación en estos sistemas ópticos surgía de una cadena compleja de conversiones. La teoría desarrollada en México demostró que el origen era mucho más simple: una interacción elemental entre dos campos de luz (uno intenso y uno débil).
Doctor David Bermúdez Rosales.
Esta interacción genera simultáneamente:
- La radiación de Hawking (emisión de luz con frecuencia positiva en el infrarrojo).
2. La compañera de Hawking (con frecuencia negativa en el ultravioleta).
3. La retroacción (backreaction): la pérdida de energía del sistema reflejada como una nueva señal de luz específica en el ultravioleta.
El físico Raúl Agüero Santacruz detalla el proceso: "La pérdida de energía asociada a esta evaporación implica que el sistema que la produce debe modificarse, a eso se le conoce como retroacción. Nosotros predijimos que esta retroacción se manifestaría como una nueva emisión de luz, la cual fue después medida experimentalmente por Lorenzo Manuel Procopio en Israel".
El impacto de la ciencia mexicana
La publicación en Nature representa un hito de alto nivel para la ciencia latinoamericana, donde el promedio de contribuciones suele oscilar entre 40 y 70 artículos al año —en su mayoría enfocados en biología o megaproyectos internacionales de altas energías—. Destacar en física teórica y experimental de vanguardia posiciona a la investigación hecha en México a la cabeza de la física moderna.
Aunque este experimento no sustituye la observación directa de un agujero negro en el espacio, la comprensión de estos mecanismos microscópicos abre rutas en otros campos de la ciencia, por ejemplo: Fluidos cuánticos y condensados de Bose-Einstein, donde los principios matemáticos probados con luz son extrapolables al comportamiento de materia a temperaturas cercanas al cero absoluto y la física cuántica de materiales, que permite entender cómo interactúan los campos de luz e información en medios fotónicos avanzados.
Este hallazgo no solo valida predicciones teóricas formuladas hace 50 años, sino que demuestra que las ecuaciones desarrolladas en México tienen la precisión necesaria para desentrañar los secretos más profundos del universo desde un laboratorio óptico en una de nuestras instituciones públicas.
