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Científicos de Harvard y del MIT están poniendo a prueba la sabiduría convencional sobre la luz, y no necesitaron ir a una galaxia muy lejana para hacerlo.

 

Trabajando con sus compañeros en el “Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms” (Centro para Átomos Ultrafríos de Harvard y el MIT), un grupo liderado por el profesor de física en Harvard, Mikhail Lukin y el profesor del MIT de Física Vladan Vuletic han logrado persuadir fotones para que se unan entre ellos para formar moléculas- un estado de materia que, hasta recientemente, había sido puramente teórico. El trabajo se describe en un paper del 25 de septiembre en la Revista Nature.

 

El descubrimiento, dijo Lukin, contradice el conocimiento aceptado durante décadas sobre la naturaleza de la luz. Los fotones se han descrito como partículas sin masa que no interactuan entre ellas- enfrenta dos rayos láser, dijo, y ellos simplemente pasarán uno a través del otro.

 

“Las moléculas fotónicas”, sin embargo, se comportan menos como los láseres tradicionales y más como algo que podrías encontrar en la ciencia ficción- el sable láser.

 

“La mayoría de las propiedades de la luz que conocemos nacen del hecho de que los fotones no tienen masa, y que ellos no interactúan entre ellos” dijo Lukin. “Lo que hemos hecho es crear un tipo de medio especial donde los fotones interactúan entre ellos tan fuertemente que empiezan a comportarse como si tuvieran masa, y se unen entre ellos para formar moléculas. Este tipo de estado de enlace fotónico se ha discutido teóricamente durante bastante tiempo, pero hasta ahora no se había observado.

 

“No es una apropiada analogía el comparar esto a lo sables láser” añadió Lukin “Cuando estos fotones interactúan entre ellos, están empujandose y desviándose”. La física de lo que está sucediendo en esas moléculas es similar a lo que vemos en las películas”.

 

Para conseguir que los fotones normales sin masa se unan entre ellos, Lukin y sus compañeros, incluyendo a su compañero de post-doctorado de Harvard, Ofer Fisterberg, el ex-estudiante de doctorado en Harvard Alexey Gorshkov y los estudiantes de posgrado del MIT Thibault Peyronel y Qiu Liang, no podían basarse en algo como “la Fuerza”- en su lugar recurrieron a un conjunto de condiciones más extremas.

 

Los investigadores comenzaron por bombear átomos de rubidio en una cámara de vacío, entonces usaron láseres para enfriar la nube de átomos a sólo unos grados por encima del cero absoluto. Usando pulsos de láser extremadamente débiles, dispararon fotones individuales dentro de la nube de átomos.

 

Al entrar los fotones en la nube de átomos fríos, dijo Lukin, su energía excita a los átomos a su paso, provocando que el fotón se ralentice dramáticamente. Al moverse el fotón a través de la nube, esa energía es entregada de un átomo a otro, y eventualmente sale de la nube con el fotón.

 

“Cuando el fotón abandona el medio, su identidad es preservada” dijo Lukin. “Es el mismo efecto que vemos con la refracción de luz en un vaso de agua. La luz entra en el agua, cede parte de su energía al medio, y en su interior sigue existiendo como luz y materia acoplados entre sí, pero cuando sale, sigue siendo luz”. El proceso que tiene lugar es el mismo pero sólo un poco más extremo- la luz se ralentiza considerablemente y se cede mucha más energía que en la refracción”

 

Cuando Lukin y sus compañeros dispararon dos fotones a la nube, se sorprendieron al verlos salir juntos, como una sola molécula.

 

¿El motivo por el que formaron las moléculas nunca antes vistas? Un efecto llamado ‘el bloqueo Rydberg’, dijo Lukin, que establece que cuando un átomo es excitado, los átomos cercanos no pueden ser excitados en el mismo grado. En la práctica, el efecto significa que cuando dos fotones entran en la nube atómica, el primero excita un átomo, pero debe moverse hacia adelante antes de que el segundo fotón pueda excitar a los átomos vecinos”.

 

El resultado, dijo, es que los dos fotones se presionan y empujan entre ellos a través de la nube a la vez que su energía es cedida de un átomo al siguiente.

 

“Es una interacción fotónica que es mediada por la interacción atómica” dijo Lukin. “Esto hace que esos dos fotones se comporten como una molécula, y cuando salgan del medio, son más propensos a hacerlo juntos que como fotones simples”.

 

Aunque el efecto es inusual, tiene algunas aplicaciones prácticas también.

“Lo hacemos por diversión, y porque estamos empujando las fronteras de la ciencia” dijo Lukin. “Pero forma parte de un panorama más amplio de lo que estamos haciendo, por que los fotones siguen siendo la mejor forma para transportar información cuántica. La desventaja, sin embargo, ha sido que los fotones no interaccionan entre sí”

 

El sistema incluso podría ser útil en computación clásica, dijo Lukin, considerando los desafíos de disipación de potencia que afrontan los fabricantes de chips. Un número de compañias- incluyendo IBM- han trabajado para desarrollar sistemas que dependen de enrutadores ópticos que convierten señales de luz en señales eléctricas, pero estos sistemas afrontan sus propios obstáculos.

 

Lukin también sugirió que el sistema podría ser usado algún día para crear complejas estructuras tridimensionales- como cristales- totalmente fuera de la luz.

“Qué será útil para nosotros, no lo sabemos todavía, pero es un nuevo estado de materia, así que estamos esperanzados que una nueva aplicación emerja conforme continuamos con la investigación de las propiedades de estas moléculas fotónicas” dijo.

 
Artículo original en ScienceDialy

Imagen: © Yana / Fotolia

Traductor

Proyecto de Médico en la Universidad de Sevilla. Enamorado de la ciencia. Aficionado a la Fotografía y Photoshop. Futuro ciego, actualmente sólo a oscuras. Ateo/Politeísta(Pastafari, Culto a Cthulhu, Notaísta). Odio las discotecas.

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