Síguenos:

Científicos de Harvard y del MIT descubren un nuevo estado de la materia

Un grupo de investigadores liderado por el profesor de Física de Harvard Mikhail Lukin y el profesor de Física del Instituto Tecnológico de Massachusetts Vladan Vuletic han dado un paso inesperado en el conocimiento que teníamos sobre la naturaleza de la luz y han conseguido crear un estado de la materia que hasta hace unas semanas era puramente teórico: fotones que se comportan como si tuvieran masa.

Un grupo de investigadores liderado por el profesor de Física de Harvard Mikhail Lukin y el profesor de Física del Instituto Tecnológico de Massachusetts Vladan Vuletic han dado un paso inesperado en el conocimiento que teníamos sobre la naturaleza de la luz y han conseguido crear un estado de la materia que hasta hace unas semanas era puramente teórico: fotones que se comportan como si tuvieran masa.

 cientificos de harvard y del mit descubren un nuevo estado de la materia

Los fotones han sido descritos durante décadas como partículas sin masa que no pueden interactuar entre ellas. Por ejemplo, si cruzamos dos rayos láser, los respectivos haces de luz pasarán uno a través del otro, se cruzarán atravesándose.

Moléculas de luz: del láser tradicional a las espadas de luz

Imagen: Flickr. PackardFoundation
Imagen: Flickr. PackardFoundation

El grupo de investigadores del Centro de Átomos Ultrafríos Harvard-MIT ha logrado crear un tipo de medio (que ellos denominan extremo) en el que los fotones interactúan entre sí con tanta fuerza que se comportan como si tuvieran masa, y se unen para formar moléculas.

Lukin ha declarado que no está fuera de lugar hacer una analogía con las espadas láser que se ven en películas como La guerra de las galaxias, hasta ahora pura ciencia ficción. La física  que supuestamente está detrás de lo que vemos en estas películas es muy similar a lo que ellos han conseguido: los fotones, al interactuar entre sí, se empujan, y se desvían unos a otros.

El experimento

Los científicos bombearon átomos de rubidio en una cámara al vacío creando una nube que enfriaron hasta que casi alcanzó el cero absoluto. Utilizando pulsos de láser muy débiles dispararon fotones individuales a la nube de átomos. “Cuando los fotones entran en la nube, su energía excita a los átomos en su trayectoria, lo que provoca una fuerte desaceleración en los fotones. A medida que los fotones se mueven por la nube, esa energía va pasando de un átomo a otro y después abandona la nube con el fotón”, explica Lukin en un artículo publicado en la página web de la Universidad de Harvard. Y añade: “Cuando el fotón abandona el medio, su identidad se preserva. El efecto es el mismo que observamos en la refracción de la luz en un vaso de agua. La luz entra en el agua, entrega parte de su energía al medio y allí existe como luz y materia. Sin embargo, cuando sale, es todavía luz. El proceso es el mismo, solo que en este caso es un poco más extremo. La luz se desacelera considerablemente y entrega mucha más energía que en la refracción”.

 

Fotones con un fuerte atracción mutua en un medio cuántico no lineal. (Imagen: Nature).
Fotones con un fuerte atracción mutua en un medio cuántico no lineal. (Imagen: Nature).

Los científicos han expresado su sorpresa al comprobar que cuando disparan dos fotones a la nube, ambos salen juntos, como una sola molécula. Esto se debe al denominado efecto de bloqueo Rydberg: cuando un átomo es excitado, los que están a su alrededor no pueden ser excitados al mismo grado. En la práctica, esto significa que al entrar dos fotones en la nube atómica, el primero excita un átomo, pero debe avanzar para que el segundo fotón pueda excitar átomos cercanos. El resultado es que los dos fotones empiezan un “tira y afloja” a través de la nube mientras su energía es entregada de un átomo al siguiente. Esto hace que los dos fotones se comporten como una molécula y que cuando abandonan el medio en el que se encuentran haya muchas más probabilidades de que lo hagan juntos como molécula que como fotones individuales.

Lukin reconoce que este descubrimiento recién abre un inmenso campo por explorar, pero afirma que los principios físicos que han establecido con su trabajo son, sin lugar a dudas,  importantes y que, entre otras aplicaciones, servirán para construir ordenadores cuánticos.