El autor, catedrático de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, reduce el alcance del experimento superlumínico, publicado hace unas semanas en la revista Nature, y señala que no supone desafío alguno para las teorías de Einstein.
FRANCISCO JOSÉ YNDURÁIN
En el número 20 de julio pasado aparecieron un artículo y un comentario en la revista Nature, muy prestigiosa (aunque algo sobrevalorada; Nature ha tenido muy poco que decir en física básica): el artículo, de Wang, Kuzmich y Dogariu, describía un experimento científico, y el comentario de Jon Marangos, era sobre el mismo (véase EL PAÍS 20 de julio de 2000).
El experimento consiste en hacer pasar un pulso de luz por un cierto material -vapor de cesio- preparado especialmente para que tenga propiedades apropiadas de emisión y absorción de fotones, midiéndose la velocidad de propagación del pulso.
Estos artículos recibieron una inususal atención en los medios de comunicación, tanto en nuestro país como en otros, llegándose a decir que el experimento, en el que (pretendidamente) se producían velocidades superiores a la de la luz, «suponía un reto a las ideas de Einstein». Pobre Einstein. Debe estarse revolviendo en la tumba, él que despreciaba el sensacionalismo, con la cantidad de veces que se invoca su nombre en vano.
Y es que los comentarios en los medios de comunicación sobre el reto de Einstein fueron, cuanto menos, desproporcionados, aparte del despiste de decir 300 veces la velocidad de la luz, cuando en realidad es un cambio de unos pocos por ciento.
Claro, que el comentario de Marangos, e incluso el artículo de Wang y colaboradores, están escritos, todo hay que decirlo, de forma un tanto oscura y en un estilo más sensacionalista de lo que debería ser la norma para trabajos científicos. Hay que leerlos con una cierta atención para comprobar que lo que va más rápido que la luz es la llamada velocidad media de grupo, algo bastante distinto de la rapidez con la que van los fotones del pulso de luz, y un análisis un poco cuidadoso hace ver que si esta velocidad media es mayor que la velocidad de la luz en el vacío, c, esto se debe a una definición poco apropiada de la velocidad media de grupo, que no es la velocidad media de los fotones.
Esto es evidente si se piensa que todos los fotones viajan siempre a la velocidad c, algo que se sabe desde 1905, y gracias precisamente a Einstein que, en dos artículos fundamentales estableció, primero, que la velocidad de la luz es una constante universal, y segundo, que los pulsos de luz constan de fotones que viajan precisamente a la velocidad c. Resultados comprobados en, literalmente, millones de experimentos.

La llamada velocidad de propagación de la luz en un medio, o la velocidad media de grupo, que podemos denotar por v, es una convención útil en ciertas aproximaciones. Tal vez la mejor manera de comprender esto para no profesionales sea con un par de analogías.
Si uno mide en un mapa la distancia en línea recta entre Madrid y Ginebra (Suiza), se encuentra con 1.000 kilómetros. Yo he recorrido este trayecto muchas veces en coche, a una velocidad media de 100 kilómetros por hora, y he tardado 14 horas, no las 10 que sería de esperar.
La razón, por supuesto, es que debido a los accidentes del camino, la carretera no sigue una línea recta, y el recorrido real, en coche, es de 1.400 km. Eso es lo que le ocurre a un fotón de los que componen un rayo de luz: al atravesar un medio material, choca con los átomos del mismo, su trayectoria ya no es una línea recta y, aunque todo el rato haya ido a la velocidad c, su velocidad efectiva es inferior: igual que mi velocidad efectiva en el trayecto Madrid-Ginebra es de unos 70 kilómetros por hora.
Pero parece, por la reseña que hace la prensa (y, en cierto modo, Nature) que los fotones del experimento Wang y colaboradores viajasen incluso más rápido que lo que la luz lo hace en línea recta.
Parece que el ejemplo de mis viajes a Ginebra no es válido aquí, porque en ellos me salía siempre una velocidad efectiva inferior a la real. ¿Cómo es posible entender que Wang y colaboradores encuentre una velocidad mayor que c? Pues porque también hay truco. Truco que se puede visualizar de nuevo con un ejemplo.
Consideremos un conjunto de 10 corredores que recorren una pista de atletismo, todos ellos a 30 kilómetros por hora. Supongamos que los corredores del grupo comienzan a corres separados uno de otro por un metro. Llamemos ahora velocidad del grupo a aquella con la que se mueve el centro del grupo, centro que está cinco metros detrás del que va en cabeza al comenzar la carrera.
Ahora viene el truco. Cada vez que los corredores pasan por la línea de meta, un nuevo corredor se pone a la altura del que va a la cabeza y comienzan a correr también a 30 kilómetros por hora. Además, liquidamos al último corredor que pase por meta, procedimiento algo drástico, pero que podemos realizar por ser éste puramente un experimento gedanken (imaginario).
Al cabo de 10 vueltas, todos los corredores que se han ido añadiendo van juntos en la cabeza del grupo, los rezagados han desaparecido y el corredor que va en el medio del grupo va cinco metros antes de lo que hubiera ido la mitad del grupo si no lo hubiésemos tocado; por tanto, la velocidad media del grupo es mayor que la de cualquiera de los corredores.
Por supuesto, el truco es que los corredores que empezaros la prueba no son los mismos que los que la terminaron. El concepto de velocidad media de grupo que hemos introducido es correcto si el grupo contiene las mismas personas al principio y al final; pero deja de serlo si añadimos y suprimimos corredores.
El que tal velocidad de grupo sea superior a los 30 kilómetros por hora no implica que los corredores pudieran trasmitir la información más rápido de lo que corría cada uno: si damos un testigo a uno de los corredores, el testigo irá a la velocidad del corredor. Y eso si hemos tenido suerte y escogimos a uno de los corredores que sobreviven hasta el final.
Éste es, en esencia, también el mecanismo del experimento con fotones realizado por Wang y colaboradores y, como ellos mismos reconocen en las referencias citadas en su artículo, por bastantes otros investigadores antes que ellos. En los experimentos realizados por los predecesores, los fotones que van en cabeza excitan átomos, que a su vez producen fotones, los que se añaden al grupo de cabeza; los fotos que van en la cola son absorbidos.
Aunque cada fotón se mueve, siempre, a la velocidad c¸ la velocidad del grupo es superior a c. El mérito de Wang, Kuzmich y Dogariu es utilizar un método más sutil para realzar/suprimir fotones, pero tampoco aquí ninguno de ellos va a más velocidad que la luz en el vacío. Y si algún experimentador afirmase lo contrario, habría que pensar que había medido mal y pedir una repetición independiente de su experimento: como dijo Belmonte, lo que no puede ser no puede ser, y además es imposible. Los fotones que atraviesan un medio viajan, todo el rato, a la velocidad c, como, por otro lado, queda claro en los propios artículos de Nature si uno los lee atentamente.
La definición de velocidad de grupo que los autores utilizan es poco apropiada. Wang, Kuzmich y Dogariu lo hacen notar así al final de su artículo, aunque, astutamente, mantienen su definición porque de esa manera un experimento que es, simplemente, curioso, parece poder tener consecuencias fundamentales.
No me cabe duda de que es altamente improbable que el trabajo tenga éxito en «conducir a implicaciones profundas para la cuestión de propagación de señales», como Wang y adláteres sugieren, ni en poner en un brete a las ideas de Einstein, como pregonan los medios de comunicación, pero tampoco cabe duda de que sí que lo ha tendido en conseguir publicidad para los autores. Esto no quiere decir que no tenga valor; sobre todo, técnico. Hay que reconocer la notable habilidad de Wang y colaboradores: no es fácil construir un aparato que lleve a cabo la multiplicación y aniquilación de fotones.
Nota: Éste artículo ha sido copiado íntegramente del periódico EL PAÍS.
[Comentario de la redacción, marzo de 2012]: Este artículo aparecía en el n=13 de nuestra revista y como se indica era una transcripción de un artículo de opinión aparecido en El País. La noticia original con un título un tanto sensacionalista a la que hace referencia Ynduráin se puede leer aquí, y el comentario de Jon Marango que se menciona en el primer párrafo aquí.
Desde aquél año 2000, algunas noticias similares han creado algo de ruido con el mismo tema de las velocidades superlumínicas, aunque quizás cada vez con más escepticismo por parte del público ante los titulares rimbombantes. Algunos ejemplos vinieron del experimento MINOS en 1997, o más recientemente (en 2011) del experimento realizado por la colaboración OPERA, en el que un haz de neutrinos se envió desde el CERN hasta el laboratorio Nacional de Gran Sasso en Italia.
La imagen de la velocidad de grupo viene de Wikipedia.
¡Han dicho algo!