Recrean en un laboratorio un fenómeno de los agujeros negros que intrigó a Stephen Hawking

Hace más de medio siglo, el físico matemático de la Universidad de Oxford (Reino Unido), Sir Roger Penrose, planteó que era posible extraer energía de un agujero negro en rotación extrema. Según la propuesta del científico, una partícula que penetrara en la ergosfera –región del espacio arrastrada por el giro del agujero negro– podría dividirse en dos. Una de ellas caería en su interior, mientras que la otra escaparía con más energía que la partícula original.

A partir de esta idea, el físico Yakov Zel'dovich predijo que una onda también podría amplificarse al interactuar con un objeto que girara con suficiente rapidez. Estos trabajos sentaron las bases de la física moderna de los agujeros negros en rotación y fueron desarrollados posteriormente por el ilustre físico Stephen Hawking, quien estudió la superradiancia en este tipo de objetos antes de formular su célebre teoría sobre la radiación de los agujeros negros.

En este contexto, investigadores del Centro de Investigación Científica Avanzada del Centro de Posgrado de CUNY (Nueva York, EE.UU.) han trasladado este principio al laboratorio. En un artículo publicado en Nature, el equipo presenta un método para amplificar ondas mediante su interacción con una rotación sintética, sin mover mecánicamente ningún objeto.

Este dispositivo, que funciona con radiofrecuencia, tiene una serie de propiedades moduladas en el espacio y el tiempo. Esta configuración imita una rotación ultrarrápida y permite alcanzar velocidades muy superiores a las posibles con sistemas mecánicos, superando las principales dificultades experimentales.

«Nuestro enfoque facilita un nuevo método de interacción onda-materia en el que las ondas con propiedades rotacionales seleccionadas extraen energía de una rotación sintética controlada en el tiempo, produciendo una forma de amplificación selectiva de banda ancha», dijo Andrea Alù, directora fundadora de la Iniciativa de Fotónica del CUNY ASRC.

Para comprobarlo, los científicos construyeron una red de resonadores electrónicos en forma de anillo. Sus propiedades se modificaban siguiendo una secuencia programada que generaba un patrón en movimiento alrededor de la estructura. Aunque el aparato permanecía inmóvil, las ondas electromagnéticas se comportaban como si interactuaran con un sistema que giraba a velocidades extremas.

«Las ondas con las características rotacionales adecuadas extrajeron energía del sistema y se amplificaron, reproduciendo la física esencial del proceso de Penrose-Zel'dovich», explicó Hady Moussa, coautor.

Por su parte, Hadiseh Nasari, autora principal, destacó que el experimento lleva a la práctica ideas vinculadas a la dinámica rotacional extrema y proporciona una plataforma para estudiar fenómenos de la astrofísica, la física ondulatoria y la ciencia cuántica: «Este trabajo tiene implicaciones para los avances en la ciencia fundamental y en las comunicaciones, la óptica y la fotónica».

La rotación sintética permite simular movimientos a velocidades superiores a la de la luz en un entorno controlado. Estas aplicaciones podrían abrir nuevas vías para manipular la luz, procesar información y explorar fenómenos ondulatorios inspirados en los entornos más extremos del universo.