Manipulando átomos y haces de láser, los científicos han demostrado que la naturaleza de la luz —ondulatoria o corpuscular— depende únicamente de la información que queda almacenada en los átomos al paso de cada fotón. Un descubrimiento que mejorará los procesadores, sensores y simuladores cuánticos, entre otras posibles aplicaciones.
En la historia de la física, uno de los experimentos más controvertidos ha sido el conocido como de la doble rendija. Propuesto por Thomas Young hace más de dos siglos, este experimento ha sido clave para entender la naturaleza dual, tanto ondulatoria como corpuscular, de la luz y luego de las partículas elementales.
La esencia del experimento consiste en hacer pasar luz a través de dos rendijas muy finas y observar qué patrón se forma detrás de las rendijas. Si la luz fuera simplemente una corriente de partículas, lo lógico sería que se formaran dos franjas luminosas correspondientes a ambas rendijas.
Sin embargo, lo que aparece en ocasiones es un patrón de muchas franjas de luz y sombra alternas, un fenómeno conocido como interferencia, que solo puede explicarse si la luz actúa como una onda cuando pasa por las rendijas. Más aún, cuando se repite con partículas individuales, el patrón persiste, revelando la extraña naturaleza dual de la realidad cuántica.
El misterio y el debate surgieron cuando se intentó saber por cuál rendija pasaba cada partícula. Ese intento, aunque sea en teoría, destruye el patrón de interferencia: es decir, conocer la trayectoria del fotón obliga a que la luz se comporte como partícula y abandone su comportamiento ondulatorio. Este principio es un pilar fundamental de la física cuántica y fue motivo de debate entre genios como Albert Einstein y Niels Bohr sobre la naturaleza misma de la realidad y la medición.
Nuevo experimento
Ahora, un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha demostrado mediante un original experimento, publicado en la revista Physical Review Letters, que la luz mantiene una dualidad irreductible: puede comportarse como onda —mostrando patrones de interferencia— o como partícula —dejando trazas concretas de su paso—, pero con una salvedad: la naturaleza nunca permite que observemos ambas identidades a la vez. No es debido a limitaciones tecnológicas ni a misterios inabarcables: simplemente, la estructura misma del mundo cuántico impide que podamos “ver” las dos identidades de la luz en un solo acto de observación.
Otra revelación del experimento del MIT es que, manipulando a voluntad la incertidumbre de la posición de los átomos, los científicos lograron “ajustar” esa transición, demostrando que únicamente la información potencialmente disponible sobre la trayectoria del fotón determina si la luz se presenta como onda o como partícula. La realidad cuántica deja abiertas las puertas a ambas identidades, pero nos obliga a elegir cuáles podemos medir.
Así fue el experimento
Para llegar a este resultado, en lugar de trabajar con rendijas cuánticas, los investigadores del MIT crearon un modelo experimental que usa hasta 10.000 átomos ultrafríos, atrapados en redes formadas por luz láser, como si cada átomo actuara como una rendija individual. Estos átomos, como toda la materia, obedecen las leyes cuánticas (aunque no lo percibamos ordinariamente), pero sus efectos cuánticos sólo se vuelven notorios al enfriarlos a temperaturas cercanas al cero absoluto.
En el experimento, los científicos dispararon haces de luz tan débiles que cada átomo sólo dispersaba un fotón a la vez. Así, observaron que la luz dispersada puede mostrar o no patrones de interferencia, según cuán “difuso” (o deslocalizado cuánticamente) esté el átomo. Si la nube atómica es compacta y localizada, puede —en principio— registrar el paso del fotón, destruyendo la interferencia: la luz se comporta como partícula. Pero si la nube está suficientemente extendida cuánticamente, el paso no queda registrado y el comportamiento ondulatorio reaparece. Más que curioso.
Referencia
Coherent and Incoherent Light Scattering by Single-Atom Wave Packets. Vitaly Fedoseev et al. Phys. Rev. Lett. 135, 043601, 22 July 2025. DOI:https://doi.org/10.1103/zwhd-1k2t
El observador no cuenta
Esta investigación confirma por tanto que la luz no pierde su dualidad por la «intención» de un observador, ni por algún mecanismo místico, sino porque el sistema mismo —el átomo y el fotón— queda entrelazado de manera que hay o no hay información disponible sobre el camino que tomó el fotón. Esa “información del camino”, aunque solo exista como una posibilidad física, es suficiente para decidir si la luz se ha comportado como onda o partícula en el experimento.
Otro punto crucial demostrado también por el experimento es que no importa si el átomo sigue confinado en la trampa óptica o flota libremente; lo que importa es el grado de incertidumbre cuántica, es decir, el tamaño de su función de onda. El sistema decide qué faceta de la luz muestra (onda o partícula) según la información que —en principio— pueda conservar sobre el trayecto del fotón. Así, la frontera entre la luz “onda” y la luz “partícula” resulta ser manejable, medible y completamente dependiente de propiedades físicas objetivas del sistema, sin necesidad de interpretaciones ajenas a la física ni de la intervención humana.
Potentes aplicaciones
Este trabajo no solo clarifica conceptos fundamentales, sino que allana el camino a aplicaciones prácticas: procesadores cuánticos ópticos capaces de realizar cálculos ultrarrápidos mediante fotones; comunicaciones cuánticas hiperseguras basadas en el entrelazamiento entre luz y átomos; sensores de altísima precisión para medicina, geología y otras ciencias; materiales cuyo comportamiento se controla con luz específica, y simuladores cuánticos para descifrar fenómenos complejos a nanoescala.
Manipular la frontera entre las identidades de la luz y la materia, como muestra este experimento, es la llave para convertir la teoría cuántica en tecnología revolucionaria y tangible.
