Los científicos capturan la primera imagen de la luz actuando como una partícula y una onda

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A pesar de ser un principio bien establecido de la física moderna, la dualidad de la luz partícula-onda puede ser un verdadero alboroto. Este enfoque para comprender el universo fue iniciado por científicos como Albert Einstein y Max Planck, lo que finalmente condujo a la mecánica cuántica. Los investigadores han intentado visualizar la luz en ambas formas desde entonces, pero no han tenido éxito hasta ahora. Un equipo del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana (EPFL) afirma haber ideado un experimento para fotografiar la luz como partícula y onda.

El momento eureka de Einstein en el estudio de la luz se produjo cuando describió el efecto fotoeléctrico. Cuando la luz ultravioleta incide en una superficie metálica, se produce una emisión de electrones. Einstein explicó este fenómeno proponiendo que la luz puede actuar como una partícula además de una onda. Ahora conocemos estas partículas como fotones, pero ese término no se acuñó hasta más tarde. Experimentos posteriores han confirmado la propiedad dual de la luz, pero en realidad ver ambas a la vez sería alguna cosa. El equipo de la EPFL dirigido por Fabrizio Carbone tomó ese experimento original y lo giró para tomar una imagen de luz.

microscopioEl experimento comenzó con pulsos de láser disparados a un nanoalambre metálico. El láser excitó las partículas del nanoalambre, haciendo que la energía se propagara hacia adelante y hacia atrás a lo largo del cable. Esto atrapa la luz como una onda estacionaria y sirve como fuente de luz en el experimento. Hay una variedad de formas de observar este sistema y obtener un resultado que muestre la luz como una onda, pero los investigadores de la EPFL querían ver el aspecto de las partículas al mismo tiempo. Para resolver fotones al mismo tiempo, dispararon una corriente de electrones al cable y observaron la mezcolanza resultante.



A medida que los electrones pasan por el nanoalambre, algunos de ellos interactuarán con los fotones en la onda estacionaria. Se utilizó un microscopio de alta sensibilidad para observar el nanoalambre en busca de evidencia de electrones que se aceleraban o desaceleraban debido a esta interacción. Así que esa es la onda, pero ¿qué pasa con las partículas individuales? Este cambio de velocidad se puede medir como un intercambio de paquetes de energía, o cuantos. El microscopio se utilizó para mapear los lugares donde se estaba llevando a cabo el intercambio de paquetes de energía a lo largo del cable, lo que lleva a la imagen que se ve arriba: una representación de la luz como una partícula y una onda en el mismo sistema.

Esta observación directa de la naturaleza cuántica de la luz podría afectar cosas más allá del laboratorio. El seguimiento de los matices de la mecánica cuántica a pequeña escala podría resultar invaluable para el desarrollo de la computación cuántica. El universo cuántico sigue siendo extraño y difícil de comprender por completo, pero esto podría acercarnos un poco más a comprenderlo.

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