Capturar lo invisible. La primera «imagen» de un fotón

Con respecto a la naturaleza de la luz, hemos aprendido a domesticarla, a medirla, así como aplicarla en distintas disciplinas que van más allá de la iluminación. Sin embargo, muchas de las cualidades primarias siguen siendo un misterio (no hay que olvidar su extraña dualidad como partícula y onda). Y justo es aquí, cuando entra en escena el reciente estudio de la Universidad de Birmingham, ya que fueron capaces de visualizar la imagen de un fotón, la unidad fundamental de la luz.

Para entender la magnitud de este logro, es importante saber qué es un fotón. En el nivel más básico, los fotones son una especie de «paquetes» diminutos de energía que conforman la luz y otros tipos de radiación electromagnética. No tienen masa, pero transportan energía y se mueven a la velocidad de la luz. Este concepto, fue introducido por Albert Einstein a principios del siglo XX.

La cuestión se complica debido a su tamaño, que es extremadamente pequeño y al poseer un comportamiento aleatorio como partícula y onda, los fotones han sido difíciles de observar directamente. Por lo que durante años, solo se había podido estudiar sus efectos, como las sombras que proyectan o la energía que transfieren.

Ahora con el reciente estudio realizado por los doctores Benjamin Yuen y Angela Demetriadou y publicado en la revista científica Physical Review Letters, lograron producir la visualización o imagen de un fotón. Cabe señalar que esta no es una fotografía como tal, sino una «ilustración» digital realizada a partir de los resultados de diversas ecuaciones cuánticas del comportamiento de los fotones.

“Nuestros cálculos nos permitieron convertir un problema aparentemente insoluble en algo que se puede calcular. Y, casi como un subproducto del modelo, pudimos producir esta imagen de un fotón, algo que no se había visto antes en física”, explicó el doctor Benjamin Yuen.

Modelo que muestra no sólo las interacciones entre el fotón y el emisor, sino también cómo la energía de esa interacción viaja a su entorno. Crédito: Ben Yuen

¿Qué implicaciones tiene esta imagen?

Ahora bien, en términos generales pudiera parecer que la visualización artificial de un fotón no tiene mayor potencial que el de tener una referencia visual de su forma. Sin embargo, la realidad es que permitirá el potencial desarrollo de la computación cuántica, dispositivos fotovoltaicos o para avances en el campo de la fotosíntesis artificial.

El doctor Yuen concluye que este trabajo puede ayudar a aumentar la comprensión del intercambio de energía entre la luz y la materia, además de entender mejor cómo se irradia la luz hacia su entorno y que, anteriormente «se pensaba que gran parte de esta información era simplemente ruido, pero hay tanta información dentro de ella que ahora podemos interpretarla y utilizarla. Al comprender esto, sentamos las bases para poder diseñar interacciones entre la luz y la materia para futuras aplicaciones».