Los fotones oscuros ofrecen una nueva explicación para el experimento de la doble rendija
RUSSELL KIGHTLEY/BIBLIOTECA DE FOTOS DE CIENCIA
Un principio fundamental de la teoría cuántica estuvo en peligro este año cuando un equipo de investigadores propuso una interpretación radicalmente nueva de un experimento sobre la naturaleza de la luz.
El centro del nuevo trabajo fue el experimento de la doble rendija, realizado por primera vez en 1801 por el físico Thomas Young, quien lo utilizó para confirmar que la luz actúa como una onda. Clásicamente, algo que es una partícula nunca puede ser también una onda, y viceversa, pero en el ámbito cuántico, las dos no son mutuamente excluyentes. De hecho, todos los objetos cuánticos exhiben la llamada dualidad onda-partícula.
Durante décadas, la luz pareció ser un excelente ejemplo de esto: los experimentos demostraron que a veces se comporta como una partícula llamada fotón y otras como una onda que produce efectos como los que vio Young. Pero a principios de este año, Celso Villas-Boas de la Universidad Federal de São Carlos en Brasil y sus colegas propusieron una interpretación del experimento de la doble rendija que sólo involucra fotones, eliminando efectivamente la necesidad de la parte ondulada de la dualidad de la luz.
Después de que New Scientist informara sobre el estudio, el equipo detrás del mismo fue contactado por muchos colegas que estaban interesados en el trabajo, que desde entonces ha sido citado ampliamente, dice Villas-Boas. Un vídeo de YouTube al respecto ha sido visto más de 700.000 veces. “Me invitaron a dar charlas sobre esto en Japón, España, aquí en Brasil y en muchos lugares”, dice.
En el clásico experimento de la doble rendija, se coloca una barrera opaca con dos rendijas estrechas y adyacentes entre una pantalla y una fuente de luz. La luz pasa a través de las rendijas y cae sobre la pantalla, lo que en consecuencia muestra un patrón de franjas verticales brillantes y oscuras, conocido como interferencia clásica. Esto generalmente se explica como resultado de ondas de luz que se derraman a través de las dos rendijas y chocan entre sí en la pantalla.
Los investigadores abandonaron esta imagen y recurrieron a los llamados estados oscuros de los fotones, estados cuánticos especiales que no iluminan la pantalla porque no pueden interactuar con ninguna otra partícula. Dado que estos estados explicaban las franjas oscuras, ahora no había necesidad de invocar ondas de luz.
Esta es una desviación notable de la visión más común de la luz en la física cuántica. “Muchos profesores me decían: ‘Estás tocando una de las cosas más fundamentales de mi vida, he estado enseñando la interferencia según el libro desde el principio, y ahora estás diciendo que todo lo que enseñé está mal’”, dice Villas-Boas. Dice que algunos de sus colegas aceptaron la nueva opinión. Otros permanecieron, si no francamente escépticos, al menos cautelosamente intrigados, como lo confirmó el informe de New Scientist cuando el estudio se hizo público por primera vez.
Y Villas-Boas se ha mantenido ocupado desde entonces, examinando varias implicaciones nuevas de los estados oscuros de los fotones. Por ejemplo, su análisis matemático y el de sus colegas revelaron que la radiación térmica, como la luz proveniente del sol o las estrellas, puede tener estados oscuros que transportan una porción significativa de su energía, pero como no interactúan con otros objetos, esa energía está, en cierto sentido, oculta. Esto podría comprobarse en experimentos que colocan átomos en cavidades donde se pueden controlar con precisión sus interacciones con la luz, afirma Villas-Boas.
Dice que la reinterpretación de la interferencia realizada por su equipo también permite comprender fenómenos aparentemente imposibles, como las ondas que interfieren incluso cuando no se superponen directamente o la interferencia entre ondas mecánicas y electromagnéticas. En cualquier caso, dejar atrás el modelo ondulatorio en favor de estados de fotones brillantes y oscuros abre nuevas posibilidades. Villas-Boas puede incluso imaginarse el uso de algunos de estos hallazgos para construir nuevos tipos de interruptores o dispositivos de luz que solo sean transparentes para ciertos tipos de luz.
En su opinión, todo este trabajo se relaciona con una verdad fundamental de la física cuántica: es imposible hablar de objetos cuánticos sin describir cómo interactúan con detectores y otros dispositivos de medición, incluida su oscuridad. “En mi opinión, esto no es nuevo. Es lo que ya nos dice la mecánica cuántica”, afirma Villas-Boas.
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