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Dom, Ago

Marcel Clerc : El chileno que descubrió el misterio de las freak waves

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Ya no son los satélites, hoy nuestro planeta está cableado con túneles de fibra óptica por donde viajan la mayoría de nuestras comunicaciones, incluido internet convertido en luz; la creciente cantidad de información que transportan estos canales de vidrio provoca un violento y peligroso fenómeno llamado “freak waves” u “ondas gigantes”, y fue Marcel Clerc , físico teórico chileno, quien descubrió su origen .

Durante siglos los marineros decían haber visto monstruosas olas de unos 25 metros que se levantaban inesperadamente en mar abierto y rompían con tanta fuerza que destrozaban buques de gran tonelaje, para luego desaparecer sin dejar rastro. El misterio de las llamadas “freak waves” se resolvió en 1995 cuando la cámara de seguridad de una refinería registró cómo esta era cubierta por una de ellas. Curiosamente, este extraño fenómeno aplica también a la fibra óptica.

Así fue como, unos años después en el 2003, la comunidad científica anunció la existencia de este fenómeno en sistemas ópticos, en una publicación de la revista Nature, pero nadie entendía sus causas u orígenes; eso hasta ahora que el investigador nacional, Dr. Marcel Clerc, experto en física no-lineal, dio con la explicación correcta para el origen y la dinámica de las freak waves en fibra óptica. El descubrimiento, que podría cambiar la forma en que entendemos y desarrollamos tecnología en el área, fue difundido en la edición de fin de año de la prestigiosa revista Physical Review Letters.

Rayos láser y eventos extremos

El director del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, doctorado en Francia (University of Nice and Sophia Antipolis) con más de cien papers a su nombre y destacado formador de científicos expertos, nos recibe en su oficina del tradicional “Campus Beauchef”. El ex alumno del Liceo de Aplicación, con gran simpatía y serenidad, explicó a Explora los detalles, importancia y aplicaciones de su nueva revelación.

¿Cuál es la relación entre las freak waves del mar y las de la fibra óptica?

Hicimos una bonita analogía, ya que estos medios son equivalentes a los fluidos: las olas de 25 metros son no-lineales, como las de la playa que rompen en la arena, en cambio las de alta mar son suaves y lineales. Entonces la pregunta es ¿por qué y dónde ocurre? Se monitoreó el océano con satélites y ya tenemos una explicación aceptable. Pero este fenómeno, considerado robusto, no ocurre sólo en el agua, sino que en cualquier medio ondulatorio.

Aquí viene la cosa interesante porque la fibra óptica es un medio ondulatorio que todos los días usamos para enviarnos comunicaciones a través de ondas: despachamos un pulso y luego varios más -como ceros y unos- y con eso nos mandamos información.

¿Por qué ahora empleamos la fibra óptica y no los satélites en comunicación?

Las fibras ópticas toman la luz y la transportan, la guían. Son un vidrio, uno muy delgado y estirado con forma de cilindro donde la luz viaja, podemos recorrer grandes distancias, de hecho así nos comunicamos entre continentes. No usamos los satélites porque hay mucha pérdida en ese proceso y hoy todo Internet pasa por debajo del agua a través de estas fibras. Además, podemos enviar una gran cantidad de datos ya que la luz tiene muchas frecuencias y longitudes de onda distintas, así exportamos más información y de mejor calidad.

¿Cómo se generó la complicación de las olas gigantes en óptica?

El problema es que cada vez usamos más Internet. Con la amplia variedad de dispositivos inteligentes se genera una cantidad de datos enorme y creciente que deseamos intercambiar. De esta forma, la complicación es que la fibra debe ser usada con potencias más altas, y con eso sucede lo mismo que en el océano: pasa de un régimen lineal a uno no-lineal. Y efectivamente aparecen ondas tan grandes que queman las fibras y los equipos que las reciben.

No se pueden cambiar los canales por fibras nuevas más inteligentes porque ya tenemos cableado el planeta. Ergo, debemos emplear las mismas pero en otras condiciones, y la pregunta que surge es: ¿de dónde vienen? ¿qué las genera? ¿las podemos controlar? En esas interrogantes está enmarcada mi investigación, en cómo podemos entender este fenómeno, porque es un misterio.

Caos: olas gigantes de rayos láser

¿Por qué realizó los experimentos en Francia?

Porque en Chile no tenemos las condiciones para hacer los experimentos. Se estudian unos láseres (similares a los típicos punteros) semiconductores, tremendamente nuevos y muy particulares porque poseen intensidades de luz inmensamente fuertes. Además, su fabricación requiere salas limpias cuya mantención es muy costosa, del orden de varios millones de dólares. Lo más caro es la seguridad porque se usan gases muy raros y explosivos, por lo que deben contar con un sistema de bomberos internos y personal de seguridad a tiempo completo.

Usted plantea una explicación nueva ¿Cómo llegó al caos espacio temporal?

A través del experimento que realizamos en una especie de piscina pero para la luz: es un láser que logra general pulsaciones muy intensas de luz en laboratorio para ver como pasa de un océano óptico tranquilo a una cosa muy, muy intensa, que son pulsaciones 20 veces mas grandes de lo usual. Así dimos una explicación basada en lo que llamamos “la emergencia del caos”. El caos es una propiedad en física que tiene un orden muy complejo. Entonces logramos mostrar que las freak waves en óptica emergen cuando el caos nace. Son una propiedad del caos.

No corresponde a choques de ondas como algunos antes postularon, se debe a que cuando uno aumenta la fuerza de la luz o manda muchos pulsos, pones al sistema en un régimen caótico, el cual es intermitente: a ratos va a estar muy calmado, a ratos muy violentos. ¿Y qué aprendo de esto? Que si uno sube aún más esa intensidad, uno puede desaparecer estos eventos y transformarlos en regulares. Por ejemplo, en el océano si acreciento la energía, las olas muy grandes van a desaparecer, a pesar de que estoy inyectando más poder, en promedio las olas serán de 15 metros y no de 12, o sea, aprendimos cómo controlarlo. También descubrimos que las freak waves sólo ocurren en las transiciones.

Para usted ¿Qué es lo más significativo y las consecuencias de este hallazgo?

Que logramos dar una explicación distinta, la cual pudimos verificar experimentalmente. Las consecuencias son que nos permitirá hacer distintos controles, vamos a poder seguir comunicándonos sin que se corte en todo un continente, por ejemplo. Ahora, ¿sería útil tener olas tan grandes? Sin duda. Por ejemplo, para aplicaciones militares son estupendas, puedes tener láseres muy intensos, que permitan cortar o quemar objetos, a ellos les sirve mucho. Puede tener muchas otros usos en un futuro, uno descubre fenómenos en un área de la física y los puede transportar sin problemas a otras.

¿Qué siente al lograr estos aciertos de repercusión mundial?

Como científico uno tiene un doble placer, primero uno un poco masoquista de los esfuerzos diarios por encontrar la respuesta que buscas, y otro cuando la descubres. Pero creo que lo más importante, es que yo todos los días me despierto muy temprano porque me gusta levantarme a trabajar; y me duermo tarde porque no quiero dejar de hacerlo. Uno puede vivir por algo que está feliz de hacer. Es una cosa de vocación. Y también, es el reto de lo que somos, Homo sapiens: nuestro rol es pensar, entender, comprender cosas, y entonces ser científico hace algo que es natural en nuestro ser.