Un rayo de
sol entra x la ventana e ilumina la habitación. A primera vista no parece algo
extraordinario, pero la Mecánica Cuántica nos dice q ese rayo luminoso está
formado x trillones y trillones de pequeños “paquetes de luz” individuales, los
fotones, moviéndose a 300.000 kilómetros x segundo. Sin embargo, nadie ha
conseguido ver un fotón individual, ni saber q forma tiene, si es q tiene
alguna. Es más, podría ser q ni siquiera tenga sentido formularse esas
preguntas
Ahora, un
equipo de investigadores polacos han conseguido crear, x primera vez en la
historia de la Ciencia, el holograma de una partícula individual de
luz. El hito, conseguido gracias a la observación de las interferencias q se
producen cuando dos rayos de luz se cruzan, constituye un importante avance
hacia la comprensión de la naturaleza íntima de la luz. Los resultados de este
trabajo, además, podrían ser importantes para el desarrollo de tecnologías q
necesiten comprender q forma tiene un fotón, como sucede con las
telecomunicaciones y los ordenadores cuánticos
«Llevamos a
cabo un experimento relativamente simple para medir y poder ver algo q es
increíblemente difícil de observar», explica uno de los físicos de la
Universidad de Varsovia e investigador principal del estudio q se acaba de
publicar en “Nature Photonics”
Desde hace
cientos de años, los físicos han trabajado muy duro para intentar comprender de
q está hecha la luz. Y en el siglo XIX el debate pareció quedar zanjado gracias
a James Clerk Maxwell, q describió la luz como una onda
electromagnética. Pero las cosas, en realidad, son bastante más complicadas, y
a principios del siglo XX el físico alemán Max Planck, q x aquel entonces
era compañero de su compatriota Albert Einstein, demostró q la luz estaba hecha
de pequeños “paquetes” invisibles a los que llamó fotones
Años más
tarde, en la década de 1920, el físico austríaco Erwin Schröedinger refinó
estas ideas en su famosa ecuación de función de onda cuántica, capaz de
predecir con extraordinaria precisión los resultados de experimentos con fotones.
Un éxito, sin embargo, q no ha evitado q los físicos sigan preguntándose sobre
el verdadero significado y naturaleza de esa función de onda. Ahora, y x
primera vez, los investigadores de la Universidad de Varsovia han conseguido
representar y medir las formas descritas x la ecuación de Schröedinger en un
experimento real
Los fotones,
al desplazarse como ondas, pueden estar en la misma fase. Pero si interactúan,
producen una señal brillante. Si x el contrario sus fases se oponen, entonces se
anularán los unos a los otros. Es algo parecido a lo q sucede con las ondas
sonoras emitidas x dos altavoces y q producen picos de sonido agudos y graves
en una habitación
La imagen
obtenida x los científicos, llamada holograma xq lleva información
tanto de la forma como de la fase de onda del fotón, fue creada disparando al
mismo tiempo dos rayos de luz hacia un divisor de haz (un instrumento
óptico q divide un rayo luminoso en dos). El divisor de haz se comporta como si
fuera un cruce de carreteras, una intersección q cada fotón puede rodear o
cruzar directamente, lo q depende de la forma de sus funciones de onda
Para cada
fotón individual, cualquiera de las dos posibles trayectorias es igualmente
probable. Pero cuando dos fotones diferentes se aproximan a la vez a la
intersección, ambos interactúan y el resultado varía x completo. De
este modo, el equipo se dio cuenta de q si conociera la función de onda de uno
de los dos fotones, sería fácil averiguar la forma de la segunda a partir de
las posiciones de los destellos q se van produciendo en el detector. Sería algo
así como disparar dos balas una contra otra y utilizar después sus
trayectorias desviadas x la colisión para averiguar la forma de cada
proyectil
Cada nueva
ronda del experimento producía dos destellos en el detector, uno para cada
fotón. Y después de más de 2.000 repeticiones, empezó a aparecer un patrón
en esos destellos, gracias al q los investigadores pudieron reconstruir la función
de onda del segundo fotón…
La forma de
la imagen resultante se parece a una cruz de Malta, y es exactamente la q
predice la ecuación de función de onda de Schröedinger. En los brazos de la
cruz, donde los fotones están en fase, la imagen es más brillante, mientras q
las zonas en las q las fases se oponen aparecen más oscuras
Ahora, los
investigadores tratarán de dar un paso más y recrear funciones de onda de
objetos cuánticos más complejos, como x ejemplo, átomos completos. Puede q las
aplicaciones reales de la holografía cuántica tarden décadas en aparecer. Pero
si hay algo de lo q podemos estar seguros es de q serán sorprendentes
