Los fotones actúan de maneras extrañas que nos recuerdan que nada es lo que parece en las escalas más pequeñas y en los niveles más fundamentales de existencia.
Los fotones son los fragmentos más pequeños posibles de energía electromagnética y no tienen masa, lo que les permite viajar a la velocidad de, bueno, la luz.
Sin embargo, estas hazañas pueden ser sus propiedades menos fascinantes porque también exhiben dualidad onda-partícula, comportándose como ondas y partículas dependiendo de cómo se miden, como se muestra en el famoso experimento de la doble rendija de Thomas Young del siglo XIX.
Investigando más a fondo esta dualidad ondulatoria, físicos de la Universidad de Oslo (UiO) exploraron una pregunta que nunca antes se había planteado: ¿qué sucede cuando se intenta cortar un fotón en dos, como si se cortara el extremo oxidado de un plátano demasiado maduro?
“Sorprendentemente, descubriremos que un fotón truncado es un estado complicado en el que el número de fotones puede llegar hasta el infinito”, afirman los investigadores.
“En otras palabras, al ‘cortar parte del fotón’ con un obturador, creamos efectivamente un montón de fotones nuevos”.
Por supuesto, dado que un fotón es una partícula elemental, en realidad no se puede cortar por la mitad, a diferencia de un plátano dorado por oxígeno.
Entonces, los investigadores calcularon lo que sucedería si se quitara un obturador óptico (básicamente un espejo) mientras está reflejando un fotón.
En lugar de crear dos fotones que viajen en direcciones opuestas, quitar el espejo puede producir muchos fotones, o una peculiaridad cuántica conocida como superposición, en la que los fotones existen en múltiples estados simultáneamente.
Cuando se mide, esta cantidad, en teoría, puede terminar siendo cualquier número de fotones: cero, unos pocos o un grupo, hasta una cantidad infinita.
Pero, ¿podríamos realmente generar infinitos fotones, ya sea en teoría o en la práctica?
“Existe un malentendido común acerca de este trabajo. Cuando se trunca el fotón quitando el espejo, el número esperado de fotones producidos no es infinito”. Johannes Skaar, físico teórico de la UiO y uno de los coautores del estudio, dijo a ScienceAlert.
“Si el espejo se quita lentamente, el número es pequeño; si se quita rápidamente, el número es grande.
“Pero el número esperado nunca es infinito; eso habría requerido una eliminación infinitamente rápida del espejo, lo cual no es posible”.
De hecho, la probabilidad de medir una gran cantidad de fotones disminuye si el espejo se retira lentamente.
“Otro malentendido es que el truncamiento de fotones es difícil de realizar en la práctica. Eso no es cierto”. – físico teórico Johannes Skaar
Además, aunque los vacíos parecen vacíos en la física clásica, “es bien sabido que el estado de vacío transformado contiene fotones”, dicen los investigadores, y el acto de retirar el espejo “convierte la energía del vacío en energía fotónica real”.
Y aunque “cortar” un fotón no puede ser tan simple como cortar una barra de masa madre deliciosamente picante y aireada, no es tan difícil, dijo Skaar, porque los fotones existen en varias longitudes de onda.
“Otro malentendido es que el truncamiento de fotones es difícil de realizar en la práctica. Eso no es cierto”, dijo Skaar a ScienceAlert.
“De hecho, los fotones de banda estrecha pueden ser muy largos, varios metros e incluso kilómetros. Para un fotón así, el [mirror] No tiene por qué ser irrealmente rápido.”
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Finalmente, este experimento revela un efecto sorprendente dependiendo de dónde se observe, señala Skaar: “este complicado estado de mezcla es localmente equivalente a un solo fotón y al vacío (cero fotones) a la izquierda y a la derecha de una estrecha región de transición”.
Entonces, si bien podría parecer que hay una brillante efusión de muchos fotones en una pequeña región separada por el espejo, mirar hacia la izquierda presentaría un solo fotón, mientras que mirar hacia la derecha presentaría cero fotones, o espacio “vacío”.
Tal vez sea un eufemismo que los autores admitan que “este estado es bastante complicado”.
Esta investigación se publica en Physical Review Letters.
Este artículo fue verificado por Michael Irving y editado por Rebecca Dyer. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.