En 1971, el físico británico Roger Penrose propuso que se podría extraer energía de un agujero negro en rotación. Una partícula que ingresa a la ergosfera, la región donde el espacio-tiempo es arrastrado por la rotación del agujero negro, podría dividirse en dos, cayendo un fragmento con energía negativa y escapando el otro con más energía de la que llegó. El físico soviético Yakov Zel’dovich extendió la idea a las ondas: una onda que se dispersa en un objeto que gira rápidamente podría emerger amplificada, llevándose parte de la energía rotacional del objeto.
Durante más de medio siglo, esto siguió siendo una predicción teórica, imposible de probar directamente porque nadie puede manipular un agujero negro en un laboratorio. Ahora, investigadores del Centro de Investigación Científica Avanzada de la City University of New York (CUNY) han construido un dispositivo de mesa que reproduce la física esencial del proceso de Penrose-Zel’dovich, sin usar gravedad, horizonte de eventos ni piezas móviles.
El trabajo, publicado el 8 de julio en Nature y liderado por Hadiseh Nasari y Andrea Alù, demuestra la «súper-radiancia rotacional de Floquet»: la amplificación de ondas electromagnéticas mediante la interacción con un medio sintéticamente rotatorio.
Cómo falsificar la rotación superlumínica
El desafío clave era crear un objeto que girara más rápido que la velocidad de la luz en su superficie, la condición requerida para el efecto Zel’dovich, sin hacer girar físicamente nada a velocidades imposibles. El equipo de CUNY resolvió esto con un anillo de resonadores electrónicos acoplados, cada uno aproximadamente del tamaño de una moneda, cuyas propiedades eléctricas se modulan secuencialmente alrededor del anillo. Una onda viajera de cambios de capacitancia barre el circuito como una luz estroboscópica giratoria, creando lo que los investigadores llaman un «cristal espacio-temporal», un medio cuyas propiedades varían tanto en el espacio (alrededor del anillo) como en el tiempo (la modulación secuencial).
La velocidad de rotación efectiva de este medio sintético puede exceder la velocidad de la luz, no porque ningún objeto físico supere ese límite, sino porque el patrón de modulación barre el anillo más rápido de lo que una onda podría propagarse a través del circuito no modulado. Esta «rotación efectiva superlumínica» abre brechas de momento angular en la estructura de bandas del sistema, creando canales de ganancia paramétrica que transfieren energía desde la propia modulación a modos de onda electromagnética específicos.
Solo las ondas con las propiedades correctas de momento angular orbital se acoplan a estos canales. El resultado es una amplificación selectiva por momento angular: una transferencia constante de energía desde la rotación sintética a modos de onda seleccionados, exactamente el análogo ondulatorio del proceso de Penrose-Zel’dovich.
«Hemos creado una plataforma experimental versátil para estudiar dinámicas rotacionales extremas en un entorno de laboratorio controlado», dijo Alù, profesor distinguido del CUNY Graduate Center y director fundador de la ASRC Photonics Initiative. «Esto tiende un puente entre la ingeniería de Floquet, los medios variables en el tiempo y la física análoga de agujeros negros».
Lo que realmente se midió
El equipo midió desplazamientos Doppler rotacionales en el anillo modulado, confirmó la existencia de brechas de momento angular a velocidades efectivas superlumínicas y observó amplificación paramétrica de modos seleccionados dentro de un ancho espectral moldeado por la disipación. La amplificación es de banda ancha: funciona en un rango de frecuencias, no solo en una única resonancia, y es selectiva por momento angular, lo que significa que diferentes modos rotacionales del campo electromagnético se amplifican de manera diferente según su acoplamiento a la rotación sintética.
El experimento no involucra gravedad real, curvatura del espacio-tiempo ni un agujero negro. Reproduce la esencia matemática y de física ondulatoria del proceso de Penrose-Zel’dovich en un circuito electromagnético. Esta es la misma distinción que se aplica a otros análogos de gravedad (agujeros negros sónicos en fluidos en movimiento, agujeros negros ópticos en medios no lineales), donde una analogía matemática permite el estudio de fenómenos que de otro modo serían inaccesibles.
«Se necesitará trabajo adicional antes de que estas ideas puedan traducirse en dispositivos prácticos», señaló Nasari. Los investigadores identificaron aplicaciones potenciales en comunicaciones inalámbricas, fotónica, tecnologías cuánticas y procesamiento de señales de banda ancha, pero estas siguen siendo especulativas.
No obstante, el experimento valida una predicción teórica de cinco décadas en un entorno de laboratorio controlado y proporciona una nueva plataforma para estudiar las interacciones de ondas con medios rotatorios, un régimen que ha sido extraordinariamente difícil de abordar experimentalmente. El dispositivo es compacto, completamente electrónico y no utiliza materiales exóticos, lo que lo hace fácilmente reproducible por otros laboratorios.
Traducido por Alessandra
Fuente: Nasari, H., Moussa, H., Kasahara, Y. et al. «Observation of Floquet rotational super-radiance.» Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10725-y