Matemáticas de la luz: los físicos dibujaron un retrato detallado del esquivo fotón

Físicos de la Universidad de Birmingham han desarrollado un modelo computacional que permite investigar detalladamente la interacción entre la luz y la materia. A primera vista, la tarea parecía irresoluble, pero el equipo encontró una forma de simplificarla. Como resultado, lograron lo que antes se consideraba imposible: crear una imagen que muestra la forma de un fotón individual.

La historia del estudio de la naturaleza de la luz abarca miles de años. Durante mucho tiempo, los científicos no lograban ponerse de acuerdo, hasta que los experimentos demostraron que la luz tiene propiedades tanto de onda como de partícula. Los fotones, cuantos de radiación electromagnética, representan unidades individuales de energía, y este descubrimiento cambió significativamente el curso de las investigaciones posteriores.

En la mecánica cuántica, el proceso de interacción de fotones individuales con la materia ocupa un lugar especial. Muchas de las tecnologías modernas que usamos a diario funcionan precisamente gracias a este fenómeno. Sin embargo, describirlo seguía siendo una tarea extremadamente compleja, ya que la luz puede interactuar con el entorno de un número infinito de maneras mientras se propaga en el espacio.

Los investigadores redujeron este número infinito de posibilidades a un conjunto limitado de opciones. El modelo desarrollado describe no solo la interacción del emisor con el fotón, sino también la propagación del fotón en el llamado "campo lejano", una región del espacio que se encuentra a una distancia considerable de la fuente de emisión. En esta región, el comportamiento de las ondas se vuelve más ordenado y predecible en comparación con la zona cercana. Las ondas de luz adquieren una forma cercana a la plana, lo que permite estudiar sus propiedades con mayor precisión.

Resulta que el medio en el que se propaga la luz determina en gran medida el comportamiento de los fotones: su forma, color y probabilidad de existencia. En otras palabras, la forma del fotón no es estática, sino que cambia dinámicamente al interactuar con la materia. La profesora Ángela Demetriadu explica que comprender estas regularidades abre el camino para controlar la luz a nivel cuántico.

Los resultados del trabajo de los físicos británicos tendrán aplicaciones en una amplia gama de áreas, desde la ciencia fundamental hasta la creación de nuevos materiales. El conocimiento sobre cómo interactúan exactamente la luz y la materia ayudará a mejorar los sistemas de telecomunicaciones, los equipos médicos e incluso a controlar reacciones químicas a nivel molecular. Además, podremos producir paneles solares más eficientes y avanzar en el desarrollo de computadoras cuánticas.