Utilizando una técnica innovadora, los investigadores han revelado la primera imagen detallada de un fotón individual, una sola partícula de luz. Este hallazgo clave no solamente nos acerca a conocer la «forma» de la luz, sino que además podría propiciar notables progresos en campos como la informática cuántica, los dispositivos fotovoltaicos o la fotosíntesis artificial, entre otros.
Científicos de la Universidad de Birmingham, en Inglaterra, exploran en un nuevo estudio publicado en la revista Physical Review Letters la naturaleza de los fotones, o partículas individuales de luz, con una profundidad sin precedentes: esto les ha permitido mostrar cómo son emitidos por átomos o moléculas y modificados por su entorno.
La interacción entre la luz y la materia
“Este trabajo nos ayuda a incrementar nuestra comprensión sobre cómo se produce el intercambio de energía entre la luz y la materia. Gracias a este avance, podemos entender mejor cómo la luz irradia a su entorno cercano y distante. Hasta el momento, gran parte de esta información se había considerado solamente ruido o desperdicio, pero ahora hemos demostrado que en realidad concentra mucho sentido y datos que podemos utilizar”, indicó en una nota de prensa el Dr. Benjamin Yuen, líder del equipo de investigación.
Según Yuen, los hallazgos sientan las bases para poder diseñar interacciones luz-materia para futuras aplicaciones, como por ejemplo mejores sensores, células de energía fotovoltaica o dispositivos de informática cuántica. Además, uno de los avances claves del nuevo estudio es haber podido definir cómo el entorno modifica a los fotones, hasta influir directamente en su forma.
El entorno y su impacto en los fotones
“La geometría y las propiedades ópticas del entorno tienen profundas consecuencias sobre cómo se emiten los fotones, incluida la definición de su forma, su color e incluso la probabilidad de que existan”, agregó en el comunicado la profesora Angela Demetriadou, coautora del estudio. Al acercarse a los detalles sobre cómo los fotones son liberados por átomos o moléculas e interactúan con su entorno, los científicos pudieron producir un modelo que describe las interacciones entre el fotón y el emisor y cómo la energía de esa interacción viaja o se difunde.
Además, lograron utilizar sus cálculos para producir una visualización de un fotón individual, una proeza nunca antes alcanzada que nos acerca a conocer la “forma” de la luz. Por si esto fuera poco, según informa SciTechDaily la capacidad de definir con precisión cómo un fotón interactúa con la materia y con otros elementos de su entorno permitirá diseñar nuevas tecnologías nanofotónicas, con aplicaciones en tecnologías de comunicación más seguras, detección de patógenos o control de las reacciones químicas a nivel molecular, entre otros aspectos.
Referencia
Exact Quantum Electrodynamics of Radiative Photonic Environments. Ben Yuen and Angela Demetriadou. Physical Review Letters (2024). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.203604
