Novedad: por primera vez científicos logran revelar la forma de un fotón al generar una foto simulada
Es un gran logro científico. Se ha logrado revelar la forma de un fotón, la partícula elemental de la luz. Este conocimiento abre las puertas para avanzar en campos como la computación cuántica, e incluso en aportes que podría hacer a la medicina.
Esta información parece haber pasado desapercibida, pero en realidad es una gran noticia para la ciencia. Tal como indica Live Science, utilizando una técnica innovadora, los investigadores han revelado la primera imagen detallada de un fotón, que es la partícula es una partícula elemental que, de acuerdo a los principios de la física cuántica, compone la luz. Es una imagen que jamás se había logrado obtener.
Lo cierto es que un equipo de investigadores de Birmingham ha logrado crear la primera imagen de un fotón, una partícula de luz con forma de limón emitida desde la superficie de una nanopartícula. La teoría que llevó a esta imagen y publicada el 14 de noviembre en la revista Physical Review Letters, permite a los científicos calcular y comprender varias propiedades de estas partículas cuánticas, lo que podría abrir un abanico de nuevas posibilidades en campos como la computación cuántica, los dispositivos fotovoltaicos y la fotosíntesis artificial.
El comportamiento cuántico de la luz está bien establecido, con una trayectoria de más de 100 años de experimentos que demuestran que puede existir tanto en forma de onda como de partícula. Pero nuestra comprensión fundamental de esta naturaleza cuántica está mucho más atrasada, y sólo tenemos una comprensión limitada de cómo se crean y emiten los fotones, o de cómo cambian a través del espacio y el tiempo.
La interacción entre la luz y la materia
Ben Yuen, investigador de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido y primer autor del trabajo, en contacto con Live Science indicó que "queremos poder comprender estos procesos para aprovechar ese lado cuántico. ¿Cómo interactúan realmente la luz y la materia a este nivel?". La respuesta completa a estas preguntas ese esencial para ayudar, entre otras cosas, al proceso de la computación cuántica ya en camino, que promete cambiar todo lo que conocemos sobre procesamiento de información.
Using a groundbreaking new technique, researchers have unveiled the first detailed image of a photon a single particle of light ever taken.
— Massimo (@Rainmaker1973) November 30, 2024
[Exact Quantum Electrodynamics of Radiative Photonic Environments, Ben Yuen and Angela Demetriadou, 2024, Physical Review Letters] pic.twitter.com/v66oJTslh1
National Geographic indica que la luz en general, la de una bombilla o nuestros teléfonos celulares, tiene infinitas posibilidades de propagarse o viajar a través de su entorno. Sin embargo, esto hace que sus interacciones sean excepcionalmente difíciles de modelar y desentrañar su forma, por esta razón representan un desafío para los físicos cuánticos que han tratando de comprenderlos.
Esta investigación de la Universidad de Birmingham exploró la naturaleza de los fotones con un detalle sin precedentes, para mostrar cómo son emitidos por átomos o moléculas y moldeados por el entorno. El equipo creó un modelo capaz de describir las interacciones del fotón y su emisor, y la energía resultante. Estos cálculos permitieron producir la visualización o imagen de un fotón. Esta no es una fotografía, sino una ilustración hecha por computadora a partir de la simplificación de ecuaciones de comportamiento cuántico.
La simplificación de un problema muy complejo
El doctor Benjamin Yuen señaló también que “nuestros cálculos nos permitieron convertir un problema aparentemente insoluble en algo que se puede calcular. Y, casi como un subproducto del modelo, pudimos producir esta imagen de un fotón, algo que no se había visto antes en física”. La imagen, que se ha popularizado, luce tonos borrosos a propósito, debido a que buscan ilustrar el comportamiento de los fotones como partículas con múltiples formas.
“Las propiedades ópticas del entorno tienen profundas consecuencias en la forma en que se emiten los fotones, incluida la definición de la forma, el color e incluso la probabilidad de que existan”, puntualizó al mismo tiempo la profesora Angela Demetriadou, también participante del trabajo. “Anteriormente, se pensaba que gran parte de esta información era simplemente “ruido”, pero hay tanta información dentro de ella que ahora podemos interpretarla y utilizarla”, afirmó el propio Benjamin Yuen.
Para abordar esta tarea aparentemente imposible, Yuen y la coautora Angela Demetriadou, profesora de nanofotónica teórica en la Universidad de Birmingham, emplearon un ingenioso truco matemático para simplificar drásticamente las ecuaciones. A primera vista, hubiera sido necesario escribir y resolver un número infinito de ecuaciones para llegar a una respuesta. Esta simplificación matemática acortó ese camino y dio un paso adelante en el conocimiento de la esencia de la luz.
Referencia de la noticia:
Ben Yuen and Angela Demetriadou. Exact Quantum Electrodynamics of Radiative Photonic Environments https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.203604