#3 250 – Imagen de un fotón
14 de diciembre de 2024 por Craig Shames
Por primera vez vimos una imagen de cómo se ve un fotón. Al menos en una circunstancia concreta. Y podría conducir a avances en distintas ramas de la ciencia y en multitud de campos.
Ciencia viva explicar :
“Los investigadores de Birmingham han creado la primera imagen de un fotón, una partícula de luz con forma de limón emitida desde la superficie de una nanopartícula. La teoría que hizo posible esta imagen, informó el 14 de noviembre en la revista Cartas de examen físicopermite a los científicos calcular y comprender diversas propiedades de estas partículas cuánticas, lo que podría abrir una gama de nuevas posibilidades en áreas como computación cuánticaDispositivos fotovoltaicos y fotosíntesis artificial.
El comportamiento cuántico de la luz está bien establecido y más de 100 años de experimentos lo demuestran Puede existir en forma de onda y partícula.. Pero nuestra comprensión fundamental de esta naturaleza cuántica está mucho más atrás, y sólo tenemos una comprensión limitada de cómo se crean y emiten los fotones, o cómo evolucionan a través del espacio y el tiempo.
“Queremos poder comprender estos procesos para explotar este aspecto cuántico”, primer autor Ben Yuendijo a WordsSideKick.com un investigador de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido. “¿Cómo interactúan realmente la luz y la materia a este nivel? »
Sin embargo, la propia naturaleza de la luz hace que la respuesta a esta pregunta ofrezca posibilidades casi ilimitadas. “Podemos pensar en un fotón como una excitación fundamental de un campo electromagnético”, explicó Yuen. Estos campos constituyen un continuo de diferentes frecuencias, cada una de las cuales podría potencialmente excitarse. “Puedes dividir un continuo en partes más pequeñas y entre dos puntos cualesquiera siempre hay un número infinito de puntos posibles entre los que puedes elegir”, añadió Yuen.
El resultado es que las propiedades de un fotón dependen en gran medida de las propiedades de su entorno, lo que lleva a cálculos increíblemente complejos”. A primera vista, tendríamos que escribir y resolver un número infinito de ecuaciones para llegar a una respuesta”, dijo Yuen.
Para abordar esta tarea aparentemente imposible, Yuen y el coautor Angèle DémétriadouProfesor de nanofotónica teórica en la Universidad de Birmingham, utilizó un ingenioso truco matemático para simplificar significativamente las ecuaciones.
La introducción de números imaginarios (múltiplos de la raíz cuadrada imposible de -1) es una herramienta poderosa para abordar ecuaciones complejas. La manipulación de estos componentes imaginarios permite cancelar muchos términos difíciles de la ecuación. Siempre que todos los números imaginarios se conviertan nuevamente a números reales antes de llegar a la solución, esto deja un cálculo mucho más manejable.
“Transformamos este continuo de frecuencias reales en un conjunto discreto de frecuencias complejas”, explicó Yuen. “Al hacer esto, simplificamos las ecuaciones de un continuo en un conjunto discreto que podemos gestionar”. Podemos ponerlos en una computadora y resolverlos.
El equipo utilizó estos nuevos cálculos para modelar las propiedades de un fotón emitido desde la superficie de una nanopartícula, describiendo las interacciones con el emisor y cómo el fotón se propagaba lejos de la fuente. A partir de estos resultados, el equipo generó la primera imagen de un fotón, una partícula con forma de limón nunca antes vista en física.
Yuen destacó, sin embargo, que se trataba sólo de la forma de un fotón generado en estas condiciones. “La forma cambia completamente con el entorno”, dijo. “Ese es realmente el objetivo de la nanofotónica: al moldear el entorno, podemos moldear el fotón mismo”.
Los cálculos del equipo proporcionan información fundamental sobre las propiedades de esta partícula cuántica: conocimiento que, según Yuen, abrirá nuevas líneas de investigación para físicos, químicos y biólogos.
Este es un avance increíble que fue extremadamente difícil de lograr, pero ahora que se ha logrado, las compuertas de lo que podemos hacer con este conocimiento están abiertas. ¡Que se haga la luz!
Ahora podemos ver cómo se ve un fotón.