Las insólitas propiedades ópticas de los metamateriales permitirán fabricar objetos que no absorben ni reflejan la luz. Tales objetos, y su contenido, serían invisibles para todo fin práctico.

Los seguidores de Harry Potter la conocen muy bien: la capa de invisibilidad fue un regalo de Navidad que recibió el joven aprendiz de mago en su primera aventura y que había pertenecido a su padre. A muchos nos gustaría tener una capa como la de Harry Potter o conocer la fórmula secreta que descubrió el protagonista

de El hombre invisible. El problema es que la invisibilidad todavía es un don que pertenece a la fantasía y a la ciencia-ficción. ¿Todavía? ¿Acaso podríamos acceder a ella en el mundo real?

Hasta hace bien poco, los científicos habían descartado esta posibilidad, principalmente porque no se había observado nada parecido en la naturaleza. Pero puede que la realidad vuelva a superar a la ficción. Recientemente, un grupo de investigadores desarrolló un material que esquiva la luz. Este descubrimiento podría ser el primer paso para conseguir la invisibilidad.

Luz y visión

Empédocles, filósofo griego que vivió en el siglo V a. C., consideraba que la luz era algo que emitía el ojo, aunque no sabía muy bien qué. Luego se dio cuenta de que ese “algo” permitiría ver de noche tan bien como de día. Al final tuvo que desechar su hipótesis, con lo que hizo bueno aquello de que “es de sabios cambiar de opinión”.

Con el paso de los siglos hemos aprendido que la luz proviene del Sol y otros cuerpos luminosos, y que al entrar en el ojo produce la visión. La mayoría de los objetos cotidianos no emiten luz. Los vemos porque la luz se refleja en ellos y llega a nuestros ojos. La reflexión permite que veamos las cosas sin que éstas desprendan luz por sí mismas.

Pero no toda la luz que llega a un objeto se refleja. Una parte puede penetrar en él, y al hacerlo se desvía: es lo que se llama refracción. Este fenómeno es más difícil de apreciar en la mayoría de los sólidos, pues el enorme número de átomos de su interior forma una rígida estructura que hace de muro, impidiendo que la luz penetre en el objeto. Decimos que éste es opaco. En cambio, en muchos líquidos y gases los átomos están más espaciados y se mueven con mayor libertad, de forma que la luz sí puede pasar entre ellos. Estas sustancias son transparentes, como el agua y el aire. (También hay algunos sólidos transparentes, como los cristales).

En un medio transparente se puede comprobar claramente el fenómeno de la refracción. Por ejemplo, cuando introducimos lentamente un popote en un vaso de agua y observamos que el trozo sumergido parece doblarse. En realidad al popote no le ha pasado nada, son los rayos de luz los que se desvían al pasar del agua al aire —se refractan— y nos hacen creer que el popote está torcido.

La refracción negativa

Para describir cómo se desvía la luz al atravesar un material existe una magnitud física llamada índice de refracción, que se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en ese material. Cuando la luz atraviesa cualquier material transparente choca con millones y millones de átomos que, aunque no consigan detenerla, sí la frenan. Sin embargo, en el vacío puro no existe ni un solo átomo que dificulte su viaje. Por eso la velocidad de la luz en cualquier otro medio siempre será menor que en el vacío, y el índice de refracción de ese medio será positivo y mayor que la unidad. Por ejemplo, el índice de refracción del aire es 1.0003; el del agua, 1.3 y el del diamante, 2.4 (en el vacío, como se deduce de la definición, el índice de refracción es igual a 1). En general, cuanto más denso es un medio, más se frena la luz y mayor es el índice de refracción.

¿Qué ocurriría si el índice de refracción de un material fuese negativo? En condiciones normales, cuando la luz pasa de un medio a otro con distinto índice de refracción, se desvía hacia el lado opuesto de la normal (la línea imaginaria perpendicular a la superficie que separa ambos medios). En cambio, si la luz viajase de un medio con índice de refracción positivo a otro que lo tuviese negativo (o viceversa), se desviaría hacia el mismo lado de la normal por el que llegó. Esta diferencia puede parecer insignificante, pero afectaría considerablemente nuestra visión de las cosas. Si el agua tuviese un índice de refracción negativo, el popote parecería doblarse hacia el exterior, no hacia el fondo del vaso. Y de la misma manera, un pez que estuviese en el fondo de un lago parecería estar flotando ¡por encima de su superficie! La refracción negativa chocaría de lleno con nuestro sentido común.

El físico ruso Victor Veselago vislumbró la posibilidad de hacer materiales con índice de refracción negativo hace más de tres décadas, pero en aquel momento era algo tan extraño y sorprendente que su propuesta cayó en el olvido. Sin embargo, los avances científicos de la última década han resucitado la idea de Veselago, en especial gracias a los llamados metamateriales, unos materiales con propiedades extrañas, nunca vistas en la naturaleza.