El fotonesel partículas que forman la luz, tienen su propia forma. Y hoy sabemos por fin de qué se trata gracias a físicos de la Universidad de Birmingham, que en sus laboratorios han conseguido definir por primera vez en la historia la forma precisa de un único fotón en el momento de su emisión. Los detalles han sido publicados en la revista. Cartas de revisión física.
¿De qué se trató el análisis?
La cosa va así. Dadas las posibilidades que tiene la luz de existir y propagarse a través de su entorno, las interacciones que se producen entre los propios fotones son excepcionalmente difíciles de modelar y extremadamente complejo calcular su forma. En el nuevo estudioAnte tal problema, los investigadores decidieron explorar la naturaleza de los fotones para mostrar cómo son emitidos por átomos y moléculas y cómo son modelados por su entorno. Específicamente, los científicos investigaron una teoría que explica Cómo interactúan la luz y la materia a nivel cuántico.creando así una visualización matemáticamente exacta de la forma de un fotón. «La visualización es una simulación exacta de un fotón emitido por un átomo que se encuentra en la superficie de una nanopartícula (de silicio)», dijo. Nuevo Atlas coautor Benjamín Yuen. «Nuestros cálculos nos permitieron convertir un problema aparentemente irresoluble en algo que se puede calcular. «Pudimos producir esta imagen de un fotón, algo que nunca se había visto en la física».
La forma del fotón por primera vez.
Pero expliquemos qué significa “la forma” de un fotón. Es difícil de definir ya que no significa exactamente lo mismo que poder ilustrar la forma de un objeto normal, como un lápiz, por ejemplo. En este caso, significa más bien una distribución de intensidad, es decir, un mapa de dónde se puede esperar que se encuentre el fotón en un momento dado. «La forma del fotón está profundamente influenciada por la nanopartícula, lo que hace que sea miles de veces más probable que el fotón sea emitido e incluso permite que el átomo lo reabsorba varias veces», añade Yuen. “Además, y una de las cosas más extrañas de la mecánica cuántica, es que antes de que se detecte el fotón, toda la información detallada sobre esta distribución de intensidad a través de lo que llamamos un ‘función de onda‘, que es exactamente lo que hemos podido descubrir.» La función de onda se refiere a un concepto fundamental de la física cuántica que describe el estado, en un momento dado, de un sistema; ayuda a definir la posición de una partícula subatómica basándose en la probabilidad de que se encuentre en un lugar específico.
Lo que se abre desde el estudio.
Los resultados del nuevo estudio son tan relevantes porque aumentan en gran medida nuestra comprensión de la forma en que el luz con el sujeto. Al tener la oportunidad de definir con precisión cómo interactúa un fotón con la materia y otros elementos de su entorno, los científicos podrán, por ejemplo, diseñar nuevas tecnologías «nanofotónicas» para computación cuánticaSensores y células solares. «Este trabajo nos ayuda a comprender mejor el intercambio de energía entre la luz y la materia y comprender mejor cómo la luz irradia hacia su entorno cercano y lejano», concluye Yuen. «Gran parte de esta información alguna vez se consideró simplemente ‘ruido’, pero contiene tanta información que ahora podemos darle sentido y utilizarla. Al comprender esto, sentamos las bases para poder diseñar interacciones luz-materia para aplicaciones futuras, como mejores sensores, células de energía fotovoltaica mejoradas o computación cuántica».
Artículo publicado originalmente en CABLEADO Italia. Adaptado por Mauricio Serfatty Godoy.