Científicos Descubren la Forma del Fotón

Investigadores de la Universidad de Birmingham lograron una hazaña científica impresionante y sin precedentes: capturaron la imagen de un fotón, la partícula que forma la luz, revelando una forma de limón.

La novedad, publicada en la revista científica Physical Review Letters, se produjo gracias a complejos trucos matemáticos, que incluso involucran números imaginarios.

La luz es misteriosa, pero la ciencia ya conoce su naturaleza cuántica: hay al menos 100 años de experimentos que demuestran que se comporta como partícula y como onda.

Pese a ello, el conocimiento al respecto es bastante limitado, ya que es misteriosa la creación y emisión de fotones, por ejemplo, al igual que sus cambios a través del espacio y el tiempo.

El misterio de la luz y sus infinitas posibilidades

Debido a que la luz es compleja, la respuesta a preguntas como estas sobre su interacción con la materia implica posibilidades casi ilimitadas.

Un fotón, según los investigadores, es una excitación fundamental en un campo electromagnético. Estos campos son un continuo de diferentes frecuencias, una línea ondulada, donde cada frecuencia (u ondulación) puede excitarse.

Aunque rompamos el continuo en partes menores entre dos puntos, aún hay un número infinito de posibilidades a ser trabajadas. ¿Cómo calcular esto, ya que es una matemática muy, muy pesada?

En lugar de resolver un número infinito de ecuaciones, los científicos fueron más inteligentes: usaron números imaginarios.

Los números imaginarios son múltiplos de la raíz cuadrada imposible de -1. Con ellos, es posible cancelar simultáneamente varios componentes en la ecuación, y, para que el cálculo funcione, basta con conseguir convertirlos de vuelta en números reales antes de llegar a la solución. Esto facilitó mucho el cálculo, siendo posible poner la ecuación en un computador y resolverla.

Con esto, fueron calculadas las propiedades de un fotón emitido de la superficie de una nanopartícula, describiendo las interacciones con el emisor y mostrando cómo el fotón se propagaba a partir de la fuente. Esto permitió crear la imagen de la partícula de luz, que tiene el formato de un limón, algo inédito en la física. Los científicos, no obstante, avisan que este es solo uno de los formatos posibles de un fotón.

El formato de cada fotón varía de acuerdo con el ambiente, y ese es el punto de la nanofotónica, campo que estudia el ambiente y sus interacciones con los fotones.

Los cálculos abren un camino importante para la física, pudiendo ayudar a químicos y biólogos con sus estudios en el futuro. A principio, ya se imaginan avances con dispositivos optoelectrónicos, fotoquímica, paneles fotovoltaicos, comprensión de la fotosíntesis, biosensores y comunicación cuántica, pero hay mucho más a ser hecho a partir de este avance.