Primera vez: científicos descubren la forma de un fotón.
Se trata de la forma de energía
más pequeña posible. “Nuestros cálculos nos permitieron convertir un problema
aparentemente insoluble en algo que se puede calcular”, señalan los
responsables del hallazgo.
Asignar una forma específica a un
fotón es una tarea complicada, porque estas partículas elementales sin masa
exhiben dualidad onda-partícula, un rasgo curioso de los objetos que
habitan el reino cuántico, que está regido por incertidumbres constantes.
Esto significa que los
científicos piensan que los fotones se comportan como partículas y como ondas,
dependiendo de cómo se los observe. Además, los fotones también se
entienden como excitaciones en un campo electromagnético, o como una onda de
energía discreta.
En resumen, son muy difíciles de
precisar y, para complicar aún más las cosas, hay infinitas formas en
que la luz puede interactuar con su entorno y con los átomos que los
emiten.
Pero ahora, un equipo de
científicos ha publicado un estudio que describe la forma de un único
fotón, la forma de energía más pequeña posible en un campo electromagnético
que conocemos comúnmente como luz.
El estudio publicado en
Physical Review Letters, se adentra en extremo detalle para
predecir cómo estos cuantos de luz son emitidos por los átomos y definidos por
su entorno. Hay posibilidades ilimitadas de cómo podrían desarrollarse
esas interacciones, pero los investigadores dicen que han desarrollado
un método práctico para predecirlas.
“Nuestros cálculos nos
permitieron convertir un problema aparentemente insoluble en algo que se puede
calcular – explica Benjamin Yuen, físico de la Universidad de Birmingham en el
Reino Unido, en un comunicado -.
Y, casi como un subproducto del modelo, pudimos producir esta imagen de
un fotón, algo que no se había visto antes en física”.
Según el equipo de Yuen, la
ventaja de modelar un fotón de esta manera es que puede describir con precisión
cómo las partículas diminutas viajan hacia una región distante del campo
electromagnético que rodea a un objeto, conocida como campo lejano. Los métodos
anteriores tenían una desconexión entre el campo cercano y el campo lejano, lo
que proporcionaba una imagen incompleta de los sistemas de luz a nivel
cuántico.
“Este trabajo nos ayuda a
aumentar nuestra comprensión del intercambio de energía entre la luz y la
materia, y en segundo lugar a comprender mejor cómo la luz irradia hacia su
entorno cercano y lejano – concluye Yuen -. Anteriormente, se pensaba
que gran parte de esta información era simplemente 'ruido', pero hay tanta
información dentro de ella que ahora podemos entenderla y utilizarla”.
Esta nueva comprensión tiene
implicaciones muy prácticas. Para los físicos cuánticos y los científicos de
materiales, podría transformar el desarrollo de la tecnología nanoóptica, lo
que llevaría a “células de energía fotovoltaica mejoradas, o computación
cuántica y también a avances en la tecnología de las comunicaciones”,
señala el estudio. Y, por si fuera poco, la forma de un fotón, resulta muy
atractiva.
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