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Nuevo avance hacia la creación de materia con luz

Aún no es posible crear una espada láser. Sin embargo, un equipo que incluye a los físicos teóricos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, EEUU) ha dado un nuevo paso hacia la construcción de objetos de fotones, y los hallazgos insinuan que las partículas de ingravidez de la luz se pueden unir en una especie de «molécula» con su propia fuerza peculiar. Por Laura Villasán.

Nuevo avance hacia la creación de materia con luz

Aunque todavía no es posible crear una espada láser, físicos teóricos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, EEUU) han dado un nuevo paso hacia la construcción de objetos con fotones (partículas que componen la luz).  

Sus hallazgos sobre la creación de moléculas a partir de la luz están basados en investigaciones anteriores que varios miembros del equipo realizaron antes de unirse al NIST.

En 2013, como publicamos en un artículo  de Tendecias21, los colaboradores Mikhail Lukin y Vladan Vuletic de la Universidad de Harvard, Caltech y del MIT encontraron una manera de unir dos fotones, para que uno de ellos pudiera posarse justo encima del otro, y ambos permanecieran superpuestos a medida que viajaban.

Su demostración experimental se consideró un gran avance, porque nunca nadie había construido nada mediante la combinación de fotones individuales.

Este hecho inspiró a algunos a pensar que los sables de luz, como los que salen en la película de La guerra de las galaxias, podrían estar a la vuelta de la esquina en la vida real.

Estas investigaciones anteriores consistieron en disparar dos fotones dentro de la nube de átomos, pero lo que salió de ésta no fueron los dos fotones por separado, sino los dos juntos, como una sola molécula.
 
Por otro lado, en otro trabajo publicado por Tendencias21, físicos del Imperial College de Londres, trataron de llevar a la práctica la teoría Breit –Wheeler. Demostrar esta teoría proporcionaría la pieza definitiva de un rompecabezas de la física que describe las maneras más simples de interacción entre la luz y la materia.

Las otras seis piezas de este rompecabezas, incluyendo la teoría de Dirac de 1930 sobre la aniquilación de electrones y positrones y la de 1905 de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico, están relacionadas con investigaciones ganadoras del Premio Nobel.

Nuevo avance

Ahora, en un artículo reciente de la revista Physical Review Letters, el NIST y la Universidad del equipo con sede en Maryland (junto con otros colaboradores) han demostrado teóricamente que por ajustar algunos parámetros del proceso de unión, los fotones pudieron viajar juntos, una distancia específica cada uno.

La disposición de estos fotones sería similar a la forma en que dos átomos de hidrógeno se sitúan uno junto al otro en una molécula de hidrógeno.

No es la primera vez que la revista Physical Review Letters  publica un artículo de este tipo, como ya explicamos anteriormente en Tendencias21 , el año pasado investigadores de la Universidad de Princeton (EEUU) comenzaron a cristalizar la luz para tratar de responder a preguntas fundamentales sobre la física de la materia; y para desarrollar materiales exóticos, tales como superconductores a temperatura ambiente.

Cómo enlazar dos fotones

El nuevo avance «no es una molécula per se, pero imaginariamente tendría un tipo similar de estructura», explica  en una nota de prensa   del NIST Alexey Gorshkov.

«Estamos aprendiendo cómo fabricar estados complejos de luz que, a su vez, permitan construirse dentro de objetos más complejos. Esta es la primera vez que alguien ha demostrado cómo enlazar dos fotones a una distancia de separación finita.»
 
Mientras que los nuevos hallazgos parecen ser un paso en la dirección correcta – si podemos construir una molécula de la luz, por qué no una espada – Gorshkov dice que no espera que, algún día, que los Caballeros Jedi hagan cola en la tienda de regalos del NIST para comprar una espada láser.

La razón principal es que los fotones de unión requieren condiciones extremadamente difíciles de producir en una sala de laboratorio, por no hablar de encajarlos en el mango de una espada. Aun así, hay un montón de otras razones para continuar trabajando en la luz molecular, que resultan muy útiles pero más humildes que el sable de luz.

Aplicaciones con grandes beneficios

«Un montón de tecnologías modernas se basan en la luz, desde la tecnología de la comunicación a las imágenes de alta definición», dice Gorshkov. «Muchos de ellos se pueden mejorar en gran medida si podemos diseñar interacciones entre fotones.»
 
Por ejemplo, los ingenieros necesitan una manera de calibrar con precisión los sensores de luz y Gorshkov dice que los hallazgos podrían hacer que sea mucho más fácil crear una «vela estándar» que brille bajo un número preciso de fotones en un detector.

Tal vez lo más significativo para la industria sea que enlazar entrelazar fotones permitiría que los ordenadores usasen fotones como procesadores de información, un trabajo que, hoy día, en nuestros ordenadores corrientes, lo llevan a cabo los interruptores electrónicos.

Pero esto último no sólo proporcionaría una nueva base para la creación de novedosa tecnología informática, sino que además podría resultar en un ahorro sustancial de energía. Los mensajes telefónicos y otros datos que actualmente viajan como rayos de luz a través de cables de fibra óptica tienen que ser convertido en electrones para su procesamiento – un paso ineficiente que desperdicia una gran cantidad de electricidad. Si el transporte y el procesamiento de los datos se hiciera directamente con fotones, se podrían reducir estas pérdidas de energía.
 
Gorshkov dice que será importante probar la nueva teoría en la práctica para estos y otros beneficios potenciales. «Es una nueva manera atractiva de estudiar fotones», dice. «Estas partículas no tienen masa y vuelan a la velocidad de la luz. Disminuyendo la velocidad y enlazándolos, podrían mostrarnos otras cosas que hasta ahora no sabíamos acerca de ellos”.

Referencia bibliográfica:

M. F. Maghrebi, M. J. Gullans, P. Bienias, S. Choi, I. Martin, O. Firstenberg, M. D. Lukin, H. P. Büchler, and A. V. Gorshkov. Coulomb Bound States of Strongly Interacting PhotonsPhysical Review Letters (2015).

RedacciónT21

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