Cortar fotones es infinitamente extraño
Muhammad Fawaid/Alamy
En la mitología griega, cortar una cabeza a la Hidra de Lerna simplemente resultó en que crecieran dos cabezas más para reemplazarla, y resulta que es aún peor para los fotones. Si intentas cortar un trozo de una partícula de luz, el resultado es que se crean infinitas más partículas.
Algunas partículas son elementales, lo que significa que no se pueden dividir en pedazos más pequeños. Por ejemplo, un protón se puede dividir en tres quarks, pero cada quark no se puede subdividir más. Pero, ¿qué pasaría si intentaras cortar una partícula elemental de todos modos?
Johannes Skaar de la Universidad de Oslo en Noruega y sus colegas han estudiado el caso de un fotón que encuentra un espejo que podría hacer precisamente esto.
Debido a que es cuántica, la luz puede describirse como formada por fotones y como una onda electromagnética. En consecuencia, un fotón no está perfectamente localizado, como un objeto sólido, sino que tiene una cola que se extiende a través del espacio. En el escenario propuesto, el espejo sería capaz de moverse lo suficientemente rápido como para reflejar solo parte del fotón, lo que equivale a cortarle la cola.
Utilizando ecuaciones cuánticas para el campo electromagnético, el equipo descubrió que este recorte crearía un estado cuántico de luz que es una mezcla, o superposición, de una infinidad de fotones. Esto sucede porque, a nivel cuántico, el espacio vacío no está vacío, sino que está lleno de campos cuánticos, como el campo electromagnético, todos los cuales tienen pequeñas fluctuaciones y pueden excitarse para producir partículas. El espejo que recorta el fotón desencadena dicho proceso.
“Cada vez que cambias rápidamente un espejo o una persiana, agitas el vacío y evocas fotones del espacio vacío”, dice Samuel Braunstein de la Universidad de York en el Reino Unido. Pero cualquier medición local (observaciones realizadas desde cerca) encontraría que el estado de superposición es indistinguible de un solo fotón en un lado del espejo y un vacío en el otro, subrayando cuán diferente funciona la idea de observación en el reino cuántico en comparación con nuestra experiencia cotidiana. Muestra cómo en la teoría cuántica “un objeto tremendamente complicado puede hacerse pasar por algo absolutamente simple”, dice.
Ulf Leonhardt, del Instituto Weizmann de Ciencias de Israel, dice que los experimentos han descubierto que un obturador suficientemente rápido que funciona en el espacio vacío realmente crea fotones, pero probar experimentalmente la nueva idea puede ser más desafiante desde el punto de vista técnico. La manipulación de la luz en escalas de tiempo ultrarrápidas se está convirtiendo cada vez más en una realidad experimental, pero el obturador del nuevo estudio es aún más rápido que el disponible en los laboratorios, afirma. El nuevo trabajo también señala que los fenómenos que surgen del vacío cuántico deben explorarse más a fondo, lo que posiblemente conduzca a perfeccionar o modificar las teorías cuánticas de campo del electromagnetismo, afirma Leonhardt.
Además de estar interesados en cuestiones de localidad en la teoría cuántica, que pueden relacionarse con ideas aún más amplias, como cómo funciona la causalidad en experimentos con partículas cuánticas, Skaar y sus colegas ahora quieren extender su análisis a más de un fotón a la vez u otras partículas como los electrones.
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