A diferencia de Harry Potter, no todos quisieran poder tener una capa de invisibilidad. En su novela de ciencia ficción El hombre invisible, H.G. Wells discute varias desventajas que tiene ser invisible (y también varias maldades que se puede cometer en ese estado). Claro que el personaje en la novela de Wells no sabe cómo dejar de ser invisible, mientras que Harry Potter solo tiene que sacarse su capa. Los Klingon también parecen saber cómo aprovechar la invisibilidad:
En los últimos 50 años, y especialmente en las últimas décadas, una de las mayores revoluciones en el área del electromagnetismo probablemente tenga que ver con los metamateriales. Los metamateriales son materiales diseñados con patrones periódicos (cuyo tamaño está relacionado con la longitud de onda de la radiación electromagnética que se quiere afectar) para que se comporten en formas muy diferentes a las que observamos usualmente en la naturaleza. Pueden bloquear, absorber, o desviar ondas electromagnéticas en formas que pueden parecer anti-intuitivas. Por ejemplo, se pueden diseñar metamateriales con quiralidad (es decir, que rompen la simetría de reflexión y pueden desviar en forma diferente a ondas circularmente polarizadas a derecha o a izquierda), o con índice de refracción negativo en los que el vector de Poynting y el flujo de energía apuntan en el sentido opuesto al vector de onda. Esto puede ser usado para focalizar los rayos provenientes de una fuente mejor que con lentes tradicionales (que tienen índice de refracción positivo), y podría permitir el diseño de lentes perfectas que superen el límite de difracción en óptica. Sin embargo, los metamateriales tienen un precio: sin dispersivos, y solo tienen índice de refracción negativo en un rango acotado del espectro (asociado al tamaño del patrón periódico que los forma).
Cuando la estructura y los patrones del metamaterial tienen longitudes nanoscópicas, el material puede afectar el comportamiento de la radiación electromagnética en la región del espectro visible. En ese caso se tienen metamateriales como los cristales fotónicos, que tienen su color dado por su estructura y no por los pigmentos de los materiales que los componen. Esto se ilustra en la siguiente imagen tomada de un posteo sobre cristales fotónicos de un curso de Física Teórica 1 de Ricardo Depine (las imágenes SEM de la derecha corresponden a imágenes provenientes de un microscopio electrónico de barrido, y muestran la superficie del material en la escala de los cientos de nanómetros). Noten como el cristal con un patrón más grande se observa de color rojo (es decir, absorbe otras longitudes de onda de la luz incidente y refleja mejor al rojo), mientras que el cristal con el patrón más pequeño se observa de color azul:
El desarrollo de nuevos metamateriales llevó en los últimos años a la aparición periódica de noticias con titulares sensacionalistas como “científicos construyen la capa de invisibilidad de Harry Potter“. Pero más allá de lo exagerado de estos titulares es cierto que se han hecho avances importantes en diseñar materiales que desvían las ondas electromagnéticas alrededor del material, o en el uso de ondas para construir “tractor beams” (o haces de tracción, un recurso clásico de la ciencia ficción). Los que quieran leer un poco más sobre capas de invisibilidad puede leer este artículo, un poco más serio:
Y también pueden ver este video que muestra un haz de tracción con ondas de superficie en el agua (“Beam me up, Scotty!“). Porque los efectos asociados a los metamateriales no están limitados solo al electromagnetismo, sino que también se pueden aplicar a otros tipos de ondas:
Para los interesados en el tema, el grupo de Ricardo Depine en el Departamento de Física trabaja en temas de metamateriales y en cristales fotónicos. Ricardo también tiene una cuenta muy activa y que recomiendo seguir en Twitter (@F2Depine_) en la que postea sobre óptica, electromagnetismo y su curso de Física 2. También pueden leer esta nota que publicó NEXciencia sobre el trabajo de Ricardo, Diana Skigin y Marina Inchaussandague en el DF. Y tal vez alguno de ustedes haya reconocido la similitud entre la cuba del experimento del haz de tracción con algunos de los experimentos de Pablo Cobelli en el grupo de investigación que compartimos también con Pablo Dmitruk.
Para terminar, dos avisos importantes: No dejen de ver la información sobre las notas del primer examen parcial. Y tienen hasta el 20 de noviembre para completar la Encuesta de Seguimiento de Materias a Distancia en la página del sistema de inscripciones. Recuerden que la encuesta es de carácter obligatorio, y si no la completan no podremos pasar sus notas en el acta al finalizar el curso.
