Un equipo de físicos de la Universidad de Birmingham ha logrado la primera visualización directa de la forma de un fotón, un avance significativo en el campo de la física cuántica. Los fotones, partículas fundamentales de la luz, hasta ahora eran imposibles de fotografiar debido a su naturaleza cuántica. Sin embargo, los investigadores han utilizado una innovadora técnica para calcular la función de onda de un fotón, lo que les ha permitido crear una imagen precisa de cómo se comporta un fotón justo después de ser emitido por un átomo.

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El trabajo, publicado en la revista Physical Review Letters, explora detalladamente cómo los fotones interactúan con su entorno y cómo los átomos y las moléculas emiten estos fotones. Esta investigación ha superado un desafío que los físicos cuánticos han enfrentado durante décadas: cómo modelar las infinitas posibilidades en las que los fotones pueden propagarse e interactuar con el entorno que los rodea.

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Los investigadores, liderados por el Dr. Benjamin Yuen, desarrollaron una versión mejorada de la teoría cuántica de campos que incluía nanopartículas de silicio, las cuales influyen significativamente en la emisión de fotones. A través de un enfoque matemático basado en el análisis complejo, el equipo logró simplificar el problema y generar un modelo preciso que describe no solo cómo los fotones interactúan con los átomos emisores, sino también cómo se propaga la energía a través de su entorno.

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La visualización obtenida muestra la distribución de intensidad de un fotón, un mapa que indica la probabilidad de encontrar un fotón en una ubicación determinada. Las áreas más brillantes representan las zonas donde es más probable que el fotón sea detectado. Esta distribución es crucial porque la mecánica cuántica establece que la información sobre la ubicación de un fotón antes de su detección ya está contenida en su función de onda, que fue calculada por primera vez en este estudio.

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El trabajo de Yuen y la coautora Angela Demetriadou no solo proporciona una representación visual precisa de los fotones, sino que también ofrece una nueva comprensión sobre cómo la luz interactúa con la materia. Este avance podría tener aplicaciones clave en diversas tecnologías, como células solares, computación cuántica y sensores más precisos. Al comprender mejor cómo la luz interactúa con su entorno, los científicos podrán desarrollar tecnologías nanofotónicas que mejoren la seguridad en las comunicaciones, detecten patógenos o controlen reacciones químicas a nivel molecular.

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El Dr. Yuen explicó: “Este trabajo nos ayuda a entender mejor el intercambio de energía entre la luz y la materia, y a comprender cómo la luz se irradia en sus alrededores cercanos y lejanos. Mucha de esta información, que antes se consideraba 'ruido', ahora tiene sentido y puede aprovecharse”.

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Este logro abre nuevas posibilidades en la investigación de la física cuántica y la ciencia de materiales, ofreciendo un camino hacia el desarrollo de tecnologías que podrían transformar varios campos de la ciencia y la ingeniería.