Físicos del NIST muestran que son posibles las "moléculas" hechas de luz

Todavía no llegó el tiempo de los sables de luz, todavía no. Sin embargo, un equipo que incluye físicos teóricos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (National Institute of Standards and Technology, NIST) ha dado un nuevo paso hacia la creación de objetos formados de fotones, y los hallazgos dan indicios de que las ingrávidas partículas de la luz se pueden unir en una especie de «molécula», con su propia fuerza peculiar

El hallazgo se basa en investigaciones previas a las que varios miembros del equipo contribuyeron a antes de unirse a NIST. En 2013, los colaboradores de la Universidad de Harvard, Caltech y MIT encontraron una manera de unir dos fotones para que uno se pudiese montar justo encima del otro, superpuestos mientras viajan. Su demostración experimental se consideró un gran avance, porque nunca nadie había construido nada combinando fotones, lo que inspira a algunos a imaginar que los sables de luz en la vida real están a la vuelta de la esquina.


Los investigadores demuestran que dos fotones, representados en la concepción de un artista en forma de ondas (izquierda y derecha), se pueden enganchar juntos a una distancia corta. Bajo ciertas condiciones, los fotones pueden formar un estado parecido a una molécula de dos átomos, representado en la forma de mancuerna azul en el centro. Crédito: E. Edwards / JQI

Ahora, en un artículo en la revista Physical Review Letters, el NIST y el equipo con sede en la Universidad en Maryland (con otros colaboradores), han demostrado teóricamente que ajustando algunos parámetros del proceso de unión, los fotones podrían viajar uno al lado del otro, a una distancia específica entre sí. La disposición es similar a la forma en que dos átomos de hidrógeno se ubican uno junto al otro en una molécula de hidrógeno.

«No es una molécula per se, pero se puede imaginar que tienen el mismo tipo de estructura», dice Alexey Gorshkov, del NIST. «Estamos aprendiendo cómo construir estados complejos de la luz que, a su vez, se pueden incluir en objetos más complejos. Esta es la primera vez que alguien ha demostrado cómo enlazar dos fotones separados una distancia 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 es optimista con respecto a que los Caballeros Jedi harán cola en la tienda de regalos del NIST en algún momento cercano. La razón principal es que unir los fotones requiere condiciones extremas difíciles de producir con una habitación llena de equipos de laboratorio, por no hablar de encajarlos en el mango de una espada. Aún así, hay un montón de otras razones más humildes para hacer moleculas de luz que los sables de luz, pero útiles, no obstante.

«Un montón de tecnologías modernas se basan en la luz, desde la tecnología de la comunicación a las imágenes de alta definición», dice Gorshkov. «Muchas de ellas se pueden mejorar en gran medida si pudiéramos diseñar interacciones entre los 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 «candela estándar» que lleve el brillo de un número preciso de fotones a un detector. Tal vez lo más significativo para la industria, vincular y entrelazar fotones podría permitir que los ordenadores usen fotones como procesadores de información, un trabajo que hoy hacen los interruptores electrónicos en su computadora.

Esto no sólo proporciona una nueva base para la creación de la tecnología informática, sino que también podría resultar en un ahorro sustancial de energía. Los mensajes telefónicos y otros datos que actualmente viajan en haces de luz a través de cables de fibra óptica tienen que ser convertidos en electrones para procesarlos, en un paso ineficiente que desperdicia una gran cantidad de electricidad. Si tanto el transporte y el procesamiento de los datos se pudiese hacer con fotones directamente, se podría reducir estas pérdidas de energía.

 

 

Gorshkov dice que será importante probar la nueva teoría en la práctica para estimar estos y otros beneficios potenciales.

«Es una nueva manera fresca de estudiar fotones», dice. «No tienen masa y viajan a la velocidad de la luz. Ralentizarlos y vincularloss nos puede mostrar otras cosas que no sabíamos acerca de ellos».

Artículo de referencia: MF magrebí, MJ Gullans, P. Bienias, S. Choi, I. Martin, O. Firstenberg, MD Lukin, HP Büchler y AV Gorshkov. Coulomb Bound States of Strongly Interacting Photons. Physical Review Letters, 16 de septiembre 2015.

Fuente: NIST. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información: