Se ha publicado un fascinante artículo que describe la forma de los fotones individuales, la forma más pequeña posible de energía en un campo electromagnético que conocemos comúnmente como luz.

El trabajo, publicado como estudio en la revista Physical Review Letters, entra en detalles extremos para predecir cómo estos cuantos de luz son emitidos por los átomos y definidos por su entorno. Existen posibilidades ilimitadas de cómo podrían desarrollarse esas interacciones, pero los investigadores afirman haber desarrollado un método práctico para predecirlas.

Benjamin Yuen, autor principal del estudio y físico de la University of Birmingham (Reino Unido), dijo en un comunicado:

“Nuestros cálculos nos han permitido convertir un problema aparentemente irresoluble en algo que se puede calcular. Y, casi como un subproducto del modelo, fuimos capaces de producir esta imagen de un fotón, algo que no se había visto antes en física”.

Dar forma

Asignar una forma específica a un fotón es una tarea complicada, porque estas partículas elementales sin masa presentan dualidad onda-partícula, un curioso rasgo de los objetos que habitan el reino cuántico, que se rige por espeluznantes incertidumbres.

Esto significa que los científicos consideran que los fotones se comportan a la vez como partículas y como ondas, dependiendo de cómo se observen. Además, los fotones también se entienden como excitaciones en un campo electromagnético, o como una onda de energía discreta.

En resumen, son muy difíciles de precisar y, para complicar aún más las cosas, hay infinitas formas en que la luz puede interactuar con su entorno y con los átomos que la emiten.

Sin embargo, los investigadores afirman que han podido evitarlo reduciendo esas posibilidades a conjuntos discretos con la ayuda de algo de mecánica clásica -o dividiéndolas en «pseudomodos»-, simplificando así su forma de pensar en las interacciones de los fotones.

Crédito de imagen: Benjamin Yuen

Ir más allá

Según los investigadores, la ventaja de modelizar un fotón de este modo es que se puede describir con precisión cómo las diminutas partículas viajan a una región distante del campo electromagnético que rodea a un objeto, conocida como campo lejano. Los métodos anteriores tenían una desconexión entre el campo cercano y el lejano, lo que proporcionaba una imagen incompleta de los sistemas de luz a nivel cuántico.

Yuen explica:

“Este trabajo nos ayuda a comprender mejor el intercambio de energía entre la luz y la materia y, en segundo lugar, a entender mejor cómo irradia la luz a su entorno cercano y lejano.

Hasta ahora, gran parte de esta información se consideraba ‘ruido’, pero ahora podemos darle sentido y aprovecharla”.

Esta nueva comprensión tiene implicaciones muy prácticas. Para los físicos cuánticos y los científicos de materiales, podría transformar el desarrollo de la tecnología nanoóptica, lo que llevaría a “mejorar las células de energía fotovoltaica o la informática cuántica”, dijo Yuen, y también a avances en la tecnología de las comunicaciones.

Y seamos sinceros: estéticamente la forma del fotón individual es perfecta.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Physical Review Letters.

[FT: birmingham]

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