El innovador estudio del NIST crea moléculas a partir de fotones

Los científicos del Instituto Nacional de Estándares en Tecnología (NIST) dicen que han creado las primeras moléculas del mundo hechas de luz. Su trabajo se basa en investigaciones previas sobre la posibilidad de la llamada materia 'fotónica', que avanza desde formas más simples a estas nuevas estructuras de múltiples partes. Ellos dicen es una forma completamente nueva de materia, anteriormente solo de naturaleza teórica, y creen que podría ser la base para un nuevo enfoque de la tecnología basada en la luz.

Uno de los principios más importantes en el estudio de la luz es que los fotones, las unidades de luz, no tienen masa y no interactúan entre sí. Para crear algo como materia fotónica, necesitaríamos poder mantener a los fotones interactuando de manera confiable a lo largo del tiempo, lo que clásicamente se piensa que es imposible.



moléculas de fotones 4.

La comunicación láser es la base de líneas de comunicación cada vez más cruciales.



En 2013, muchos de estos mismos contribuyentes del NIST lograron crear estructuras de fotones superpuestas individuales colocándolas directamente una encima de la otra. Los dos fotones se dispararon a una nube de átomos de rubidio superenfriados en una cámara sellada, lo que provocó que los fotones donaran una gran parte de la energía que transportaban a los átomos enfriados a su alrededor y, por lo tanto, se ralentizaran significativamente. Cuando el segundo fotón entra en la nube que acaba de ser excitado por el primero, alcanza al primero y comienza a interactuar.

Lo importante es que los fotones solo interactúan a través de la nube de átomos en el medio de rubidio: cada fotón afecta a la nube, que luego afecta al otro fotón, que luego afecta a la nube, y así sucesivamente. Esto conduce a un mecanismo de empujar y tirar que hace que los dos fotones salgan de la nube como uno y, lo que es más importante, permanezcan como uno. Se superponen perfectamente, se mueven y se comportan como una sola unidad aditiva.



En ese momento, los investigadores dijeron que esto no era diferente a la física de cruzado Guerra de las Galaxias sables de luz, en los que dos fuentes de luz pueden repelerse físicamente entre sí. La analogía no tiene mucho sentido, en realidad, pero hizo el punto básico de que aquí tenemos rayos de luz que interactúan físicamente, como antes se pensaba imposible. El proceso aún requiere una gran maquinaria y temperaturas 'criogénicas', en lugar de una empuñadura de espada hecha a sí misma con un cristal en ella.

Crédito: NIST.

Crédito: NIST.

El estudio de esta semana llevó ese concepto un paso más allá al crear 'moléculas' de dos fotones en las que no se superponen perfectamente, pero que se mueven en tándem coordinado de manera muy similar a dos átomos en una molécula de materia normal. Las estructuras de dos fotones surgen de ligeras variaciones en el proceso de disparo de fotones, emergiendo y viajando a una distancia estable entre sí.



Las implicaciones para la tecnología podrían ser enormes. Muchas de nuestras tecnologías más sensibles se basan en la luz, desde la comunicación a través de cables de fibra óptica hasta la micrografía y la captura de imágenes a escala global. La capacidad de controlar el comportamiento de los fotones de esta manera podría, si se hace lo suficientemente fácil, permitir que cada pulso lleve más información que un simple sí o no, encendido o apagado; el estado general de una estructura de fotones múltiples podría ser la señal, y ¿quién sabe cuántos estados diferenciables podría llevar?

Es demasiado pronto para hablar demasiado sobre las posibles aplicaciones, pero esto es parte de un hilo fundamental de investigación sobre la naturaleza de la luz, y si continúa lo suficientemente lejos, podría cambiar toda nuestra relación con los fotones.

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