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Los fotones son las partículas elementales que componen la luz. Una nueva teoría, que explica cómo interactúan la luz y la materia a nivel cuántico, permitió a los investigadores de la Universidad de Birmingham definir “por accidente” la forma de un solo fotón, algo nunca antes visto.
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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 han tratando de comprenderlos.
Una investigación de la Universidad de Birmingham, publicada en Physical Review Letters, 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.
Los 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.
“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”, explicó el primer autor de la investigación, el doctor Benjamin Yuen.
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 la profesora Angela Demetriadou.
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Este trabajo, que presentó la primera imagen de un fotón, abre nuevas posibilidades de investigación. Al entender con precisión cómo un fotón interactúa con la materia y su entorno, los científicos podrán desarrollar tecnologías innovadoras para mejorar la comunicación segura, detectar patógenos o controlar reacciones químicas a nivel molecular.
“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 Benjamin Yuen.
El investigador afirmó que, al entender esto, se sientan las bases para diseñar interacciones entre la luz y la materia. Esto permitirá desarrollar futuras aplicaciones, como sensores más avanzados, células fotovoltaicas más eficientes o tecnología de computación cuántica.
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