La luz, invisible en muchas de sus formas pero absolutamente decisiva en la vida contemporánea, se ha convertido en uno de los pilares fundamentales sobre los que se sostiene la civilización moderna, puesto que ya no se limita a ser utilizada para iluminar diferentes espacios, sino que atraviesa disciplinas tan diversas como las telecomunicaciones, la medicina, la energía y la informática avanzada.

Para muchas personas, la luz es aquello que se recibe con los ojos. Sin embargo, los físicos manejan un concepto mucho más amplio: el espectro electromagnético. Leopoldo Martín, profesor en el Departamento de Física de la Universidad de La Laguna, explica que en su disciplina “se habla realmente de ondas electromagnéticas, la parte visible es solo una pequeña fracción de todo el espectro”. Ese espectro recoge desde las ondas de radio hasta los rayos gamma, pasando por microondas, infrarrojos, ultravioleta o rayos X.

Todos funcionan bajo el mismo principio físico: radiación electromagnética con distintas frecuencias y energías. “La diferencia entre una onda de radio y un rayo gamma es básicamente la frecuencia”, señala el catedrático del mismo área Jorge Méndez. Esa idea transforma completamente la manera de entender el mundo tecnológico actual. Las conexiones wifi, las señales del móvil, los sistemas GPS, las resonancias magnéticas o las radiografías funcionan gracias a distintas formas de luz, aunque muchas sean invisibles para el ojo humano.

 El origen de las telecomunicaciones

Aunque en ocasiones pasa desapercibido, buena parte de la vida moderna depende directamente de la luz, sobre todo las telecomunicaciones. “Hoy una sola fibra óptica, mucho más fina que un cabello humano, puede transmitir información para miles o cientos de miles de personas al mismo tiempo”, explica el catedrático de Física Inocencio Martín. “Sin la luz, eso sería imposible”, añade.

La fibra óptica funciona atrapando luz dentro de hilos muy finos de vidrio. Las señales luminosas rebotan continuamente en el interior de la fibra gracias a un fenómeno llamado reflexión interna total, permitiendo que la información viaje miles de kilómetros a una velocidad muy elevada.

“Hemos vuelto a comunicarnos con luz”, explica Jorge Méndez. “Al principio de la humanidad, nos comunicábamos con hogueras, espejos o faros; ahora hacemos lo mismo, pero atrapando la luz dentro de una fibra óptica”. El investigador compara las fibras ópticas con auténticas carreteras para la luz. Antes, las telecomunicaciones dependían principalmente de impulsos eléctricos en cables de cobre y de ondas de radio; sin embargo, estos sistemas tenían límites de velocidad y capacidad.

La revolución tecnológica llegó cuando, desde la ciencia, se pudo controlar la luz y guiarla en cualquier dirección. Este control permitió el nacimiento de las telecomunicaciones modernas y de internet a través de fibras ópticas, indica Jorge Méndez. Además, detrás de esa infraestructura existen materiales estratégicos, especialmente las llamadas tierras raras, utilizadas en amplificadores ópticos y dispositivos fotónicos. El investigador declara que “las tierras raras son como las vitaminas de la industria”, y añade que se necesitan en cantidades muy pequeñas, “pero sin ellas gran parte de la tecnología actual simplemente dejaría de funcionar”.

Fuente de vida y energía

Para Jorge Méndez, hablar de luz es explicar también el origen mismo de la vida: “Sin luz no existiría la fotosíntesis, y sin ella prácticamente no existiría vida en la Tierra”. Esa capacidad de las plantas de transformar la energía solar inspira hoy en día parte de las investigaciones en energías renovables. Desde la ciencia se trabaja en sistemas capaces de reproducir artificialmente este proceso natural para producir hidrógeno verde a partir de agua y luz solar. “Las plantas utilizan la luz para romper moléculas de agua y obtener energía, nosotros intentamos hacer algo parecido”, explica el investigador.

Sin embargo, uno de los grandes desafíos actuales es que las tecnologías solares todavía desaprovechan gran parte de la energía procedente del Sol: “Más del 50% de la radiación solar es infrarroja, y las placas solares convencionales apenas son capaces de utilizar esa parte”. En esta línea, se trabaja el fenómeno conocido como upconversion.

El objetivo es desarrollar materiales, que contienen tierras raras, capaces de absorber luz infrarroja, imperceptible para el ojo humano, y transformarla en luz visible que pueda ser utilizada. “Tú iluminas con infrarrojo, que no ves, y el material emite luz visible”, explica Jorge Méndez, que resume este fenómeno en “convertir algo invisible en visible”. El funcionamiento recuerda al de unas gafas de visión nocturna, donde una radiación que normalmente no percibimos acaba transformándose en una imagen observable.

El proceso se basa en las propiedades de las llamadas tierras raras. Inocencio Martín indica que “los electrones absorben energía y saltan entre distintos niveles”. Aunque la eficiencia actual de estos sistemas todavía presenta limitaciones importantes para aplicaciones industriales masivas, pueden resultar especialmente útiles en ámbitos muy específicos, como satélites o sondas espaciales. “Incluso mejoras muy pequeñas pueden ser importantes en el espacio”, señala Leopoldo Martín. “Allí el peso y el tamaño de los paneles solares son factores críticos”.

Detectar tumores con luz invisible

La luz invisible se ha convertido también en una herramienta con enorme potencial para la medicina. En la Universidad de La Laguna, se desarrollan estudios donde se trabaja con nanopartículas luminiscentes capaces de funcionar como termómetros microscópicos dentro del cuerpo humano. El objetivo es utilizar la luz para detectar alteraciones térmicas muy pequeñas que podrían estar asociadas a enfermedades como el cáncer.

El funcionamiento se basa en una propiedad física muy concreta: determinados materiales emiten luz de manera diferente según la temperatura. “Ciertos materiales cambian la forma en la que emiten luz cuando aumenta o disminuye la temperatura”, explica Leopoldo Martín. “Eso nos permite medir variaciones térmicas muy pequeñas, incluso dentro de tejidos o células individuales”. A diferencia de los termómetros convencionales, estos sistemas permiten obtener información sin necesidad de contacto físico directo.

Para ello, se utilizan nanopartículas inocuas que pueden introducirse en tejidos biológicos y ser excitadas mediante láseres infrarrojos cercanos. Esta región del espectro resulta especialmente útil, ya que atraviesa parcialmente el cuerpo humano. “El organismo es ligeramente más transparente en determinadas zonas del infrarrojo”, señala Inocencio Martín. “Eso permite obtener información desde el interior del tejido sin recurrir a procedimientos invasivos”. Gracias a esta técnica, es posible analizar regiones microscópicas del cuerpo con una precisión difícil de alcanzar mediante otros métodos.

La aplicación resulta especialmente prometedora en oncología. Muchos tumores generan pequeñas diferencias de temperatura respecto al tejido sano debido a cambios metabólicos y a su actividad celular. “Podemos detectar células tumorales porque presentan ligeras alteraciones térmicas”, explica Leopoldo Martín. La luz emitida por las nanopartículas permite localizar esas diferencias y crear mapas térmicos extremadamente precisos dentro del organismo.

El potencial de esta tecnología va más allá del diagnóstico. Las mismas nanopartículas podrían utilizarse también como herramienta terapéutica. Inocencio Martín señala que detectas el tumor porque las partículas emiten luz, para después aumentar la potencia del láser y “esas mismas partículas generan calor únicamente donde están adheridas las células tumorales”. La técnica permitiría destruir tumores de forma muy localizada, minimizando daños sobre los tejidos sanos y abriendo nuevas posibilidades para tratamientos menos invasivos y más precisos.

Por otro lado, una de las líneas de investigación desarrolladas en la Universidad de La Laguna se centra en los llamados microrresonadores ópticos, estructuras microscópicas capaces de mantener la luz atrapada girando millones de veces en su interior. Leopoldo Martín compara su funcionamiento con el de una guitarra: “Igual que una cuerda vibra de forma distinta según su tamaño, estos dispositivos hacen vibrar la luz a determinadas frecuencias”. Cuando el resonador cambia mínimamente de tamaño por la temperatura o porque alguna partícula se adhiere a su superficie, la frecuencia luminosa se modifica inmediatamente.

Estos sistemas permiten detectar cambios prácticamente imperceptibles mediante otras tecnologías. “Son extremadamente sensibles”, explica Martín. “Cualquier variación minúscula se detecta enseguida”. Gracias a ello, se estudian aplicaciones capaces de identificar partículas víricas individuales, medir alteraciones térmicas microscópicas o incluso analizar gases volcánicos en concentraciones muy bajas.

Atrapar luz para detectar virus

Una de las posibles utilidades es la combinación de los resonadores ópticos con anticuerpos adheridos a microesferas de vidrio ultrapuro. Cuando una partícula concreta, como un virus, se une a la superficie, altera la resonancia de la luz y delata su presencia casi de forma instantánea. “La idea es conseguir la rapidez de un test de antígenos, pero con una sensibilidad similar a la de una PCR”, señala Leopoldo Martín. El objetivo es desarrollar sistemas de detección ultrarrápidos y extremadamente precisos basados únicamente en las propiedades de la luz.

La investigación en fotónica desarrollada en la Universidad de La Laguna no solo tiene aplicaciones médicas o energéticas. También apunta directamente hacia el futuro de las telecomunicaciones y de la computación avanzada. Para Inocencio Martín, el potencial de las tecnologías basadas en la luz apenas ha comenzado a desarrollarse. “La transmisión de información mediante luz puede ser muchísimo más rápida que moviendo electrones”, explica. Por eso, muchos de los avances que hoy parecen futuristas, desde la computación cuántica hasta sistemas de inteligencia artificial mucho más potentes, dependen en gran medida del desarrollo de tecnologías fotónicas capaces de procesar información a velocidades imposibles para la electrónica convencional.

Martín considera especialmente prometedores los llamados ordenadores fotónicos y los sistemas de computación cuántica basados en la luz. Mientras los dispositivos actuales dependen del movimiento de electrones a través de circuitos electrónicos, los futuros sistemas podrían trabajar directamente con fotones, partículas de luz capaces de transportar información de manera mucho más rápida y eficiente. “Hoy ya nos parece increíble poder comunicarnos instantáneamente con cualquier parte del mundo, pero seguramente dentro de unos años veremos tecnologías que ahora mismo todavía parecen ciencia ficción”, explica.

En paralelo, otras investigaciones trabajan en sistemas optomecánicos capaces de modular láseres mediante estructuras microscópicas extremadamente ligeras. Leopoldo Martín estudia dispositivos donde la propia presión de la luz puede hacer vibrar microestructuras capaces de controlar señales ópticas a gran velocidad. Estas tecnologías podrían resultar especialmente útiles en satélites de comunicaciones, donde cada reducción de peso supone una ventaja enorme. “En el espacio cada gramo cuenta y la luz permite desarrollar sistemas mucho más rápidos y ligeros”, afirma.

La luz como clave de seguridad

La fotónica también abre nuevas posibilidades en el ámbito de la seguridad y la autentificación. Los investigadores desarrollan materiales capaces de emitir señales específicas bajo iluminación infrarroja, invisibles para el ojo humano en condiciones normales. Inocencio Martín declara que “puedes fabricar códigos QR prácticamente invisibles, pero además puedes encriptar la información para que no baste simplemente con verlo”. Estos sistemas utilizan materiales luminiscentes capaces de transformar radiación infrarroja en señales visibles solo bajo determinadas condiciones ópticas.

Las posibles aplicaciones van desde documentos oficiales y etiquetas textiles hasta productos farmacéuticos o sistemas avanzados contra la falsificación. “Lo interesante es que no solo ocultas la información”, añade Martín. “También necesitas conocer la forma correcta de leerla”.

También, una forma diferente de utilizar la luz en el ámbito de la seguridad es mediante la tecnología TENET Lightkey, desarrollada por el equipo coordinado por Jorge Méndez, basada en materiales luminiscentes capaces de funcionar como una auténtica “llave de luz” para combatir la falsificación. Estos compuestos emiten señales tanto en el infrarrojo cercano como en el espectro visible. La idea central es transformar información oculta en una respuesta luminosa controlada, invisible a simple vista en condiciones normales. De este modo, un material aparentemente común puede contener información codificada en su interior. Esto abre la puerta a sistemas de autenticación mucho más complejos y difíciles de reproducir.

El propio Méndez destaca que el valor de esta tecnología está en su capacidad para generar códigos ópticos únicos, como si cada material tuviera su propia firma luminosa. Bajo iluminación infrarroja, las tintas de seguridad revelan patrones específicos, equivalentes a códigos de barras o señales de verificación imposibles de falsificar sin el material original. No se trata simplemente de emitir luz, sino de controlar cómo y cuándo aparece esa emisión, explica el investigador.

La luz se ha convertido en el motor de la sociedad actual. Como señala el catedrático Jorge Méndez, “un mundo sin luz sería un mundo incomunicado”. No se trata solo de iluminación, sino de una infraestructura invisible que permite que funcione desde una llamada telefónica hasta una operación médica. “Dependemos muchísimo más de la luz de lo que creemos”, resume el investigador Inocencio Martín, recordando que la luz no solo nos permite ver, sino que mantiene conectada a toda la sociedad.

Esa misma idea se extiende a la investigación científica, donde la luz ha pasado de ser un fenómeno natural a convertirse en una herramienta de precisión capaz de transformar la energía, la comunicación o la medicina. Desde fibras ópticas que transportan información a escala global hasta materiales que convierten luz invisible en señales útiles, la fotónica se ha integrado en el núcleo de la tecnología contemporánea. Y, sin embargo, gran parte de esta luz permanece fuera de la percepción diaria, funcionando de manera silenciosa pero constante.

NOTA: Este reportaje es una iniciativa enmarcada en el Calendario de Conmemoraciones InvestigaULL, un proyecto de divulgación científica promovido por la Universidad de La Laguna.

Unidad de Cultura Científica y de la Innovación (Cienci@ULL)