Moléculas de fotones: un estado de la materia nunca antes visto
Un grupo de investigación del Centro para Átomos Ultrafríos, conformado por investigadores de la Universidad de Harvard y del MIT, han logrado unir fotones para formar moléculas con ellos. Con esto, lograron crear un estado de la materia que, hasta ahora, se consideraba únicamente teórico.
Por muchas décadas, los fotones se habían descrito como partículas sin masa y sin interacción entre sí. Sin embargo, las “moléculas fotónicas”, nombre con el que se les ha descrito, se comportan de forma distinta, interactuando con tal fuerza entre sí que pareciera que tienen masa.
“No es una analogía poco apta comparar esto con las espadas láser”, comenta Mikhail Lukin, quien co-dirige la investigación por parte de la U. de Harvard. “Cuando estos fotones interactúan entre sí, se empujan y se repelen unos a otros. La física de lo que está pasando en éstas moléculas es similar a lo que vemos en las películas”.
Los investigadores encontraron esto mediante el bombeo de átomos de rubidio a una cámara de vacío, y usaron el láser para enfriar la nube de átomos a una temperatura cercana del cero absoluto. Después, con el uso de pulsos de láser extremadamente débiles, lanzaron fotones individuales a la nube de átomos y, mientras esos fotones entraban a la nube, su energía excitaba a los átomos que se cruzaban en su camino, causando que el fotón se alentara dramáticamente. A medida que el fotón se movía a través de la nube, esa energía se pasaba de átomo a átomo y eventualmente salía de la nube con el fotón.
“Cuando el fotón salía del medio, su identidad se preservaba. Es el mismo efecto que vemos con la refracción de la luz en un vaso de agua: la luz entra al agua, le brinda un poco de su energía al medio y dentro existe como luz y materia de forma acoplada pero, cuando sale, sigue siendo luz. Lo que pasa en nuestro caso es un poco más extremo: la luz reduce su velocidad considerablemente y la energía que se da es mucho mayor que la refracción”, comenta Lukin.
Cuando el equipo de investigadores disparó dos fotones a la nube, lo que les sorprendió fue verlos salir como una sola molécula.
La razón yace en un efecto llamado bloqueo de Rydber, el cual postula que cuando un átomo se excita, los átomos cercanos no pueden ser excitados al mismo grado. En la práctica, esto se traduce a que cuando dos fotones entran a la nube atómica, el primero excita al átomo, pero se mueve hacia adelante antes de que el segundo fotón pueda excitar a los átomos cercanos. El resultado: que dos fotones se jalen y empujen entre ellos a través de la nube mientras su energía se pasa de un átomo al siguiente.
Las implicaciones de este descubrimiento son gigantescas. Tanto, que nadie sabe sus implicaciones. Por lo pronto, se ha logrado superar un obstáculo de la computación cuántica: hasta ahora, construir un sistema que pudiese preservar información cuántica sólo podía lograrse con interacciones individuales entre quantas.
Sin embargo, los investigadores comentan que deben de mejorar el rendimiento, por lo que el descubrimiento aún se encuentra a nivel de prueba.
Finalmente, Lukin comentó, “Lo hacemos por diversión y porque estamos empujando las fronteras de la ciencia”.
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Imagen tomada del Tumblr http://realspiderlegs.tumblr.com/
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