Descubren un tipo de onda que realiza mediciones ópticas más precisas

Su impacto será sobresaliente y alcanzará a los ámbitos de la física, la química, la biología o cualquier otro en el que sea necesario el uso de la metrología. Así, la ciencia de las mediciones y sus aplicaciones, encargada de garantizar exactitud, trazabilidad y confiabilidad de los resultados en campos científicos e industriales, tendrá ahora unas reglas ópticas basadas en solitones topológicos temporales en cavidades fotónicas a escala nanométrica que la harán ser “hiperprecisa”. Su existencia ha sido descubierta por primera vez por un equipo científico de la UAL y del California Institute of Technology, conocido como Caltech y cuyo prestigio internacional es extraordinario.

Dada la gran relevancia que entrañan los resultados que han obtenido, este trabajo ha sido publicado en una de las revistas más importantes del mundo, ‘Nature’. Sus autores son Pedro Parra-Rivas, investigador Ramón y Cajal en la Universidad de Almería, del Grupo de Investigación ‘Nonlinear Materials and Physics Group’, y Nicolas Englebert y Alireza Marandi, ambos del Caltech. El título de su estudio es ‘Topological soliton frequency comb in nanophotonic lithium niobate’, y puede ser consultado en su totalidad en el enlace https://www.nature.com/articles/s41586-026-10292-2. En él demuestran, “por primera vez”, según ha apuntado Parra-Rivas, la existencia de los referidos solitones topológicos temporales en cavidades fotónicas a escala nanométrica, que “abren un abanico de nuevas posibilidades en metrología”.

Pedro Parra-Rivas, investigador Ramón y Cajal de la Universidad de Almería.

En esa línea, desde un punto de vista fundamental, “el descubrimiento de este nuevo tipo de solitón es por sí mismo un hito científico y permite entender otros sistemas análogos en ámbitos tan diferentes como la química, biología y física”. Esto es posible “debido a que la formación y la dinámica de solitones no depende de las características precisas de un sistema, sino de conceptos muchos más generales como, por ejemplo, sus simetrías”. En otras palabras, “los mecanismos que rodean su aparición son universales, lo que permite entender su formación utilizando una misma teoría”. Desde un punto de vista práctico, “el uso de estos solitones de cavidad como instrumentos de medida permite su uso en metrología óptica y espectroscopia”. Entre otras cosas, “permite el desarrollo de una tecnología GPS más precisa y de tecnología LIDAR (Light Detection and Ranging), que permite medir distancias y generar modelos tridimensionales precisos del entorno”.

Ha recordado Pedro Parra-Rivas que el estudio de los solitones ópticos en cavidades se remonta a los años 80 del pasado siglo, “aunque su uso en el campo de la metrología es bastante más reciente”. Los primeros solitones temporales de este tipo “se encontraron en cavidades de fibra óptica” y más tarde “en cavidades a escala microscópica (microresonadores)”, ambos “con una interacción no lineal luz-materia de tipo cúbica”. Después “se demostró la existencia de solitones en cavidades que combinan no linealidad cúbica y cuadrática, pero en ningún caso se prueba la existencia solitones de tipo topológico”. Por lo tanto, “este trabajo va un paso más allá, probando la existencia de solitones topológicos en cavidades puramente cuadráticas y a escala nanométrica”.

El investigador explica que “un solitón consiste en una onda solitaria que se puede propagar a través de un medio sin modificar su forma y propiedades”. Ha puesto el ejemplo de que un “solitón a gran escala, y con efectos catastróficos, sería un Tsunami”, detallando que “estas ondas solitarias solo aparecen cuando los medios en los que se propagan presentan propiedades no lineales, o sea, donde las relaciones causa-efecto de un sistema no son proporcionales”. Por otro lado, “una cavidad fotónica consiste en un análogo óptico de una caja de resonancia; pensemos en una guitarra: este resonador permite amplificar la intensidad de la luz hasta tal punto que despierta comportamientos no lineales en el material, dando lugar a una gran variedad de fenómenos espaciotemporales complejos, incluyendo la formación de solitones temporales de cavidad”.

Ha finalizado subrayando que “la particularidad de los solitones ópticos estudiados por nuestro equipo es que presentan un defecto topológico, que es una transición repentina, entre dos estados lumínicos uniformes de diferente intensidad”. Así, ha insistido en que “los solitones ópticos de cavidad se pueden utilizar como ‘reglas ópticas’ que permiten medir intervalos de tiempo y frecuencias de una forma hiperprecisa nunca vista”.